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《哈尔滨工程大学》 2010年
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基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究

王玉全  
【摘要】:基于视觉传感器的移动机器人同时定位与地图创建是当前机器人技术研究中非常活跃的一个研究方向。全景视觉以其视角范围大、获取信息丰富的优点在移动机器人领域得到了越来越多的应用。通常对全景视觉图像信息的处理需要对其进行展开,算法复杂、实时性差,且基于视觉的同时定位与地图创建算法的时间复杂度过高,难以达到实时性。本文针对全景视觉的丰富信息难以准确和实时处理的问题,在不需要对图像进行展开的情况下,对基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法进行了研究。 首先,研究全景图像特征提取及匹配方法并对其进行改进。利用尺度不变特征提取SIFT提取全景图像特征。在全景图像的有效区域内,提出一种特征匹配的角度约束准则消除错误匹配;提出一种基于采样和Mean Shift算法的改进SIFT方法,在不需要对全景图像进行展开的情况下,利用控制采样点数量来控制特征点的数量,利用Mean Shift算法主动寻找尺度空间中的局部极值点。实验证明改进算法提高了特征提取与匹配的效率,提取出的特征点在图像序列中可以进行稳定而准确的匹配。 其次,研究了基于全景视觉的移动机器人SLAM方法。给出四轮机器人的两轮差动简化运动模型,介绍了全景视觉成像原理与全景视觉传感器设计方法,并给出了本文使用的全景视觉成像系统参数。通过对全景成像过程的分析,建立了基于全景视觉的移动机器人SLAM系统感知模型,从全景图像的像素坐标中利用初始运动信息获得了特征点相对于移动机器人的三维位置信息。将运动模型和感知模型相结合,递推地得到了移动机器人同时定位与地图创建的结果。 再次,研究了基于贝叶斯滤波的全景视觉移动机器人SLAM方法,将含有噪声的运动模型与含有噪声的全景视觉感知模型结合起来,通过迭代得到更准确的系统状态估计。实验证明贝叶斯滤波大大提高了系统状态估计的准确性,其中以FastSLAM的时间效率为最优。其应用的主要问题在于其数据关联的时间复杂度,通过对算法精度与时间复杂度进行综合分析,选取FastSLAM算法作为全景视觉移动机器的SLAM方法。 最后,研究了基于全景视觉的移动机器人SLAM时间优化方法。利用改进SIFT方法减少SLAM过程中的特征点数量和特征提取匹配的时间,通过实验验证了该方法对SLAM时间优化的有效性和稳定性。根据全景视觉特征点的匹配次数与连续性,提出一种特征库的动态管理方法,提高了特征库中特征的利用率和SLAM算法数据关联的效率,为基于全景视觉的移动机器人SLAM提供了一种实时性较好的解决方案。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP242

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 尹红娟;基于改进摄像机标定的移动机器人视觉定位研究[D];燕山大学;2012年
2 唐超;基于双目全景视觉的运动目标特征检测技术[D];哈尔滨工程大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王宇;王涌天;刘越;;基于SIFT和小波变换的图像拼接算法[J];北京理工大学学报;2009年05期
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3 郭圣权,李杰;车辆兵器GPS/DR/DM组合导航系统的研究[J];火力与指挥控制;2002年05期
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6 陈伟;吴涛;李政;贺汉根;;基于粒子滤波的单目视觉SLAM算法[J];机器人;2008年03期
7 潘薇;蔡自兴;陈白帆;;基于改进粒子滤波器的移动机器人同时定位与建图方法[J];模式识别与人工智能;2008年06期
8 李乡儒,吴福朝,胡占义;均值漂移算法的收敛性[J];软件学报;2005年03期
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10 杨峰;潘泉;梁彦;叶亮;;多源信息空间配准中的UT变换采样策略研究[J];系统仿真学报;2006年03期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 徐则中;移动机器人的同时定位和地图构建[D];浙江大学;2004年
2 胡志萍;图像特征提取、匹配和新视点图像生成技术研究[D];大连理工大学;2005年
3 史美萍;基于人机协同的月球车路径规划技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
4 于金霞;移动机器人定位的不确定性研究[D];中南大学;2007年
5 武二永;基于视觉的机器人同时定位与地图构建[D];浙江大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 庄国;GPS信号和导航数据处理若干问题研究[D];电子科技大学;2004年
2 李冰;水下机器人焊缝图像识别算法的研究[D];南昌大学;2007年
3 许俊勇;移动机器人全景vSLAM研究[D];上海交通大学;2008年
4 邓翔;移动机器人同时定位与地图创建算法研究[D];南京理工大学;2008年
5 王玉全;基于全景视觉的移动机器人粒子滤波定位方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 韩强;;基于广义Hough变换的手写文档整词定位[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2011年05期
2 徐怀,唐玲;一个风险模型有限时间内破产赤字分布[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年05期
3 曾建军;夏慧异;叶仁玉;;J_(1N)统计量的优化计算[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年06期
4 李盼盼;徐丽;赵成玉;孟晓婷;;Marquardt方法在动物传染病模型参数拟合中的应用[J];安徽农学通报;2008年10期
5 程刚;郑小华;阳锋;徐祖舰;;三维全景视觉技术在农业机器人中的应用[J];安徽农业科学;2010年34期
6 王成军,何基报;压缩型正态——伽玛分布的Bayes统计分析研究[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2001年01期
7 叶仁玉;正态性检验在教学质量监控中的应用[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2005年03期
8 姚仲明;;正态母体抽样分布及其应用[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2007年04期
9 何海燕;施培蓓;;基于改进AdaBoost算法的行人检测方法[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2009年03期
10 苏中;夏艳;吴细宝;;基于激光双目视觉系统的直径测量[J];半导体光电;2008年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘善磊;张亮;;基于相位相关和SURF算法的关键帧实时匹配研究[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 隋树林;孙立宏;姚文龙;袁健;;融合改进UKF/SIFT信息的自主光学导航方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 汪力;叶桦;夏良正;;利用特征点定位嘴巴[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 ;Loop-closing By Using SIFT Features for Mobile Robots[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 刘洁;贺振东;陈鹿民;;基于记忆特征库的机器人定位及地图创建方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 黄进;胡英;马孜;汪洋;;弧形扫描系统关键技术研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 ;Bearings-only Multi-Sensor Multi-Target Tracking Based on Rao-Blackwellized Monte Carlo Data Association[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 张应博;秦钟;王法胜;;神经网络训练中的粒子滤波算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 周凯;范瑞霞;李位星;;一种基于SIFT的MeanShift-粒子滤波融合跟踪算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 ;Rapid Target Recognition and Tracking under Large Scale Variation Using Semi-Naive Bayesian[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 樊建聪;分布估计学习算法研究[D];山东科技大学;2010年
2 孟凡彬;基于随机集理论的多目标跟踪技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 张子迎;多机器人协作及环境建模技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 梁洪;基于内容的医学图像检索及语义建模关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 任桢;图像分类任务的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 王作为;具有认知能力的智能机器人行为学习方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 杨萌;非线性滤波及在惯导系统传递对准中应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 王文标;基于视觉测量的快速再制造成形系统关键技术研究[D];大连海事大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋抗;压缩机活塞圆度误差数字检测系统研究[D];河南理工大学;2010年
2 饶吉来;基于图像处理的型面联接件检测技术研究[D];河南理工大学;2010年
3 邓小铭;基于OpenCV的物体三维检测系统研究[D];南昌航空大学;2010年
4 陈忠翔;基于立体视觉的三维重建方法研究[D];南昌航空大学;2010年
5 孙静;基于双目立体视觉的多相机三维重建技术实现[D];山东科技大学;2010年
6 宗雯雯;基于双目立体视觉的特征点匹配关键技术研究与应用[D];山东科技大学;2010年
7 雒燕飞;地质灾害应急地理信息数据库设计及其应用[D];山东科技大学;2010年
8 唐红梅;基于辐射与空间信息的遥感图像检索[D];山东科技大学;2010年
9 倪希亮;基于尺度不变特征的多源遥感影像配准[D];山东科技大学;2010年
10 贾伟洁;SAR影像与光学影像配准研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许允喜;蒋云良;陈方;;基于2D-3D双目运动估计的立体视觉定位算法[J];光电工程;2011年09期
2 邱道尹;张文静;顾波;刘新宇;;帧差法在运动目标实时跟踪中的应用[J];华北水利水电学院学报;2009年03期
3 付永庆;宋宝森;吴建芳;;边缘分类SIFT算法[J];哈尔滨工程大学学报;2010年05期
4 张弦;苏志远;;自主移动机器人定位技术研究综述[J];机电产品开发与创新;2010年02期
5 曾吉勇,苏显渝;折反射全景成像系统[J];激光杂志;2004年06期
6 徐国保;尹怡欣;周美娟;;智能移动机器人技术现状及展望[J];机器人技术与应用;2007年02期
7 雷静桃;;我国机器人发展历程(企业部分)[J];机器人技术与应用;2009年02期
8 倪鹏;;一种基于对称差分的运动检测算法[J];吉林广播电视大学学报;2008年04期
9 厉茂海;洪炳熔;罗荣华;;用改进的Rao-Blackwellized粒子滤波器实现移动机器人同时定位和地图创建[J];吉林大学学报(工学版);2007年02期
10 李磊,叶涛,谭民,陈细军;移动机器人技术研究现状与未来[J];机器人;2002年05期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 姜肖楠;月球探测器软着陆视觉导航方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 蔡岭;基于立体视觉的目标检测与跟踪[D];上海交通大学;2011年
3 曾吉勇;折反射全景立体成像[D];四川大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 王博;全景视觉智能移动机器人固有环境定位[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 顾晶;基于计算机视觉的智能交通监控系统的研究[D];东南大学;2006年
3 甄景蕾;基于全景视觉的运动目标检测与跟踪方法研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
4 林琳;机器人双目视觉定位技术研究[D];西安电子科技大学;2009年
5 李爽;基于视觉的移动机器人定位[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 冯鹏;基于嵌入式系统的图像跟踪技术的设计与实现[D];西安电子科技大学;2010年
7 林高鹏;全向视频运动目标检测与跟踪[D];国防科学技术大学;2009年
8 李英明;基于多尺度区域的立体图像颜色校正算法[D];中国科学技术大学;2010年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 瞿端阳;王维新;马本学;韩大龙;田昊;王超;;基于MATLAB的棉株识别系统摄像头标定研究[J];新疆农机化;2013年01期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 牟永敏,于剑;极大熵聚类算法的收敛性定理[J];北方交通大学学报;2003年05期
2 吴鑫,齐铂金,吴红杰;薄板焊缝轨迹图像处理方法研究[J];北京航空航天大学学报;2002年06期
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5 魏子卿,王刚;广域差分GPS[J];测绘通报;2000年06期
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9 陈俊勇,刘经南,张燕平,胡建国,葛茂荣;分布式广域差分GPS实时定位系统[J];测绘学报;1998年01期
10 梁明,石永华,廖宵,王国荣;药芯焊丝水下焊接视觉传感焊缝自动跟踪系统[J];电焊机;2001年10期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李焱;大时延遥操作技术及虚拟现实技术研究[D];国防科学技术大学;2002年
2 项志宇;基于激光雷达的移动机器人障碍检测和自定位[D];浙江大学;2002年
3 王建明;多目标模糊识别优化决策理论与应用研究[D];大连理工大学;2004年
4 孙振平;自主驾驶汽车智能控制系统[D];国防科学技术大学;2004年
5 徐则中;移动机器人的同时定位和地图构建[D];浙江大学;2004年
6 陈华华;视觉导航关键技术研究:立体视觉和路径规划[D];浙江大学;2005年
7 庄严;移动机器人基于多传感器数据融合的定位及地图创建研究[D];大连理工大学;2004年
8 邹小兵;移动机器人原型的控制系统设计与环境建模研究[D];中南大学;2005年
9 叶媛媛;多UCAV协同任务规划方法研究[D];国防科学技术大学;2005年
10 吴伟;基于二维地图匹配的机器人定位关键技术研究[D];东北大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 何超;机器人视觉系统中的图像分割与目标检测[D];浙江大学;2003年
2 汪敬华;图像分割及其在车牌识别中的应用[D];浙江大学;2004年
3 朱光辉;在移动机器人定位中光纤陀螺仪的误差分析与建模[D];中南大学;2004年
4 刘伟;RoboCup中型组机器人全景视觉系统设计与实现[D];国防科学技术大学;2004年
5 余其兵;基于trace变换的人脸认证系统及相关技术的研究[D];大连理工大学;2006年
6 余西;基于模糊理论的水下图像分割与识别算法研究[D];华中科技大学;2005年
7 吴刚;基于局部特性的手腕骨X射线图像增强算法研究[D];昆明理工大学;2006年
8 何银水;水下焊接焊缝的识别与跟踪[D];南昌大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱金辉,毕盛,闵华清,钟汉如;Robocup中型足球机器人运动控制[J];机电产品开发与创新;2005年05期
2 梁燕华;金鸿章;蔡成涛;;模糊控制策略在避碰运动系统中的应用[J];系统仿真学报;2008年06期
3 庄惠敏;曹其新;;基于计算机仿真的全景视觉镜面设计[J];微计算机信息;2008年16期
4 孙虹;尹文庆;胡飞;丁永前;;一种足球机器人场地白线的提取方法[J];科学技术与工程;2010年01期
5 陆军;孙凌丽;穆海军;朱齐丹;;基于全景视觉的机器人相互定位的研究[J];哈尔滨工程大学学报;2010年04期
6 朱志刚,石定机;多尺度全覆盖视觉导航方法[J];机器人;1998年04期
7 陆军;穆海军;朱齐丹;杨明;;全景视觉在机器人自主定位中的应用[J];计算机应用;2007年07期
8 孙国祥;丁永前;;基于模糊算法的足球机器人目标跟踪控制[J];计算机仿真;2009年03期
9 周军;徐卫;刘广存;蔡庆安;;基于达芬奇的移动机器人开发平台设计[J];自动化仪表;2007年10期
10 刘光宇;刘国栋;韩云生;;一种基于全景视觉系统的Robocop机器人定位方法[J];江南大学学报(自然科学版);2009年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 周军;徐卫;刘广存;蔡庆安;;基于达芬奇技术的移动机器人开发平台设计[A];第八届工业仪表与自动化学术会议论文集[C];2007年
4 贺锋;方勇纯;肖潇;王宇韬;;移动机器人全景视觉定位系统设计与实现[A];第25届中国控制会议论文集(下册)[C];2006年
5 刘洁;贺振东;陈鹿民;;基于记忆特征库的机器人定位及地图创建方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 班涛;方勇纯;;一种室内环境下基于概率栅格的移动机器人建图方法[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第二分册)[C];2009年
7 周光明;贾梦雷;陈宗海;;未知环境下移动机器人基于主动探测思想的自主探测算法[A];’2004系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2004年
8 郑新建;夏明安;胡凡建;;轿车风扇三坐标测量的技巧[A];2005年十二省区市机械工程学会学术年会论文集(湖北专集)[C];2005年
9 常俊林;魏巍;梁君燕;;基于支持向量机的SURF改进算法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
10 房芳;马旭东;戴先中;;一种基于混合模型的移动机器人SLAM方法[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第七分册)[南京理工大学学报(增刊)][C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 赵亚萍;造只“复眼”看世界[N];科技日报;2003年
2 ;山水“刘三姐”是种印象[N];中国文化报;2003年
3 本报实习生 张燕 本报记者 尹华平;神工鬼斧 夜醉漓江[N];广西日报;2003年
4 本报记者 陈云芬 李启昌;发明展搭建创新交流的平台[N];云南日报;2009年
5 南方日报记者 谢庆裕 实习生 吴晓彭 林菡尔;一纸污染企业的[N];南方日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张帆;全景视觉图像质量优化方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 李科;移动机器人全景视觉归航技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
4 李阳铭;非确定环境中鲁棒地图创建方法研究[D];中国科学技术大学;2010年
5 曹红玉;基于信息融合的移动机器人定位与地图创建技术研究[D];北京邮电大学;2010年
6 林睿;基于图像特征点的移动机器人立体视觉SLAM研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
7 夏益民;基于传感器信息融合的移动机器人定位与地图创建研究[D];广东工业大学;2011年
8 仲训昱;遥自主移动机器人运动规划与控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 杨晶东;移动机器人自主导航关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
10 邹细勇;自主移动机器人的智能导航研究[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 唐超;基于双目全景视觉的运动目标特征检测技术[D];哈尔滨工程大学;2012年
2 王博;全景视觉智能移动机器人固有环境定位[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 孟祥杰;基于全景视觉的行人检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
4 朱睿爽;全景视觉系统标定技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
5 孙虹;基于全景视觉的农业移动机器人自主导航研究[D];南京农业大学;2009年
6 丁鑫;全景视觉泊车辅助系统研究[D];浙江大学;2010年
7 黄苗;足球机器人全景视觉系统研究与设计[D];长沙理工大学;2010年
8 赵丽;基于全景视觉的机器人目标识别及定位研究[D];西华大学;2010年
9 武娜;全景视觉足球机器人目标定位系统的研究[D];北方工业大学;2010年
10 金甲;全景视觉图像去噪与增强方法的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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