基于单目视觉与IMU融合的室内机器人定位系统研究

来源 :电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shekitito
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
目前室内机器人定位方法主要为轮式里程计或IMU的航迹推算、视觉定位和室内伪卫星定位。航迹推算在短时间、短距离内具有很好的定位精度,但会出现累计误差;室内伪卫星定位可以为机器人提供很好的定位效果,但成本过高;视觉定位是一种根据图像信息来估计机器人位姿的定位方法。在静态环境下,视觉定位展现出了高精度、低成本的特性。但在动态环境下,视觉定位的精度下降,甚至失效。目前出现了不同方法相结合的定位方案以提高室内机器人的精确定位。本文针对室内移动机器人工作环境下的动态障碍物不确定性,从成本和性能的角度出发,选择单目视觉里程计与IMU相结合的定位方案进行研究。本文将从以下几个方面进行研究:(1)针对动态环境下视觉里程计定位精度下降甚至失效的根本原因,基于ORB特征点法,改进了图像特征点的处理机制和改进特征点的匹配机制,提高了特征点匹配的匹配速度和匹配准确度;采用视觉词袋降低本文融合定位系统的累计误差;(2)IMU传感器数据不精确问题,采用低通滤波和互补滤波优化IMU的原始数据。针对单目视觉定位算法缺乏绝对尺度,无法反馈真实的位姿信息问题,根据IMU数据漂移的特性,提出恢复单目视觉定位绝对尺度的策略。(3)基于融合定位系统效率的考虑,采用滤波的方法,将基于最大相关熵卡尔曼滤波(MCKF)算法应用于机器人定位上,通过MCKF将单目视觉里程计和IMU传感器的数据进行滤波融合,提高融合定位系统的定位精度。并针对室内移动机器人工作环境为平面,给出了融合状态方程和观测方程。针对移动机器人工作环境下动态障碍物不确定性影响视觉定位系统的性能问题,改进特征点提取的处理机制和特征点匹配机制,提高视觉定位定位系统的定位精度和对环境动态障碍物的容忍度。根据IMU累计误差的特性,提出单目视觉里程计恢复尺度的策略,并使用最大相关熵卡尔曼滤波和基于词袋模型的回环检测优化,提高融合数据的精度、消除定位系统的累计误差。通过实验验证了本文所提出的基于单目视觉里程计和IMU融合的定位方案的可行性和定位精度。同时,给出了本融合定位方案对动态障碍物和机器人运动速率的容忍限度。
其他文献
在数据大爆炸当代,数据信息处理的需求急剧增加。具有强大处理能力和高能量效率的神经形态计算结构已成为信息技术领域的重要研究方向。神经形态器件则是神经形态计算方向的研究热点之一。根据其功能的不同,神经形态器件大致可以分为仿突触器件和模拟神经元器件。相对而言,仿突触器件研究广泛,而模拟神经元的研究进展较为滞后。基于相变材料的模拟神经元因其在独特的相变特性、可扩展性和集成性方面等优势,被认为是最具潜力的模
人的粪便与人体肠胃功能的健康状况息息相关。对粪便的性状和颜色进行初步的分类可以诊断人们的健康状况,因此粪便的自动识别是当前智能马桶的发展方向。由于粪便图像中内容复杂,难以识别,本文提出了Stool Net卷积神经网络来解决当前的挑战。该方法主要是利用计算机视觉来替代人工对粪便性状和颜色进行自动识别,以此来减轻用户的负担,并且提供给医生更加准确的粪便检测结果,对预防肠胃功能疾病以及由食物引发的慢性消
任务分配一直是集群问题的研究热点。集中式任务分配受中心节点控制,对其依赖度高,传统的集中式算法比如粒子群等优化方法容易陷入局部最优;分布式任务分配具有更好的鲁棒性,更适合动态和大型的系统。分布式任务分配之后,节点之间的信息交互强度应该改变,具有相同目标的节点应该增强连接,目标不同的应将连接削弱,节点间聚类以提高任务执行的效率。基于最小均方误差准则的分布式自适应滤波被应用于多任务聚类,结构简单且易于
布里渊光时域分析技术(BOTDA)可以一次测量就获得光纤沿线的参量,已经被广泛应用在铁路、天然气管道等的安全监测上,但由于测量时间太长,实际应用受到极大限制。为了实现应变的动态测量,本文首先建立了BOTDA系统理论模型,进行去噪算法及解调算法研究以提升BOTDA系统的测量速度,但无法从根本上解决动态测量问题;本文又对光频梳方案进行理论分析并仿真验证其动态测量能力,同时基于BOTDA系统设计了动态测
无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是由大量部署在恶劣或敌对环境的传感器节点组成的自组织网,负责采集监测区域内的环境信息,并将经过处理后的信息通过传输媒介发送给用户。与传统的Internet 网络相比,无线传感器网络在终端类型、网络拓扑、数据传输、组网方式等方面有很大不同,这导致WSNs面临的安全威胁比Internet多得多。同时,由于传感器节点具有功能简单、计
柔性传感器相比传统传感器有着可形变性、高延展性以及生物兼容性强等优势,随着柔性电子技术的发展,柔性传感器在电子皮肤,温度监测以及压力传感等方面的应用有了一定程度的认可并开始广泛使用在日常生活以及科研需求等领域中。基于这个方面目前已有的研究进展,本文设计了以金属铂薄膜蛇形温敏电极作温度传感器,介电层为多孔PDMS薄膜的平板电容作压力传感器的柔性温压一体化传感器。具体来说本文的主要研究内容有以下两方面
红外热成像技术通过物体主动发出的红外电磁波波段,根据物体表面温度的不同来感知不同目标与背景的差异进行成像。因为这种特性使得红外目标检测系统对复杂环境的适应性更强,适合在军工和航天领域进行远距离观察。红外目标检测作为军工和航天领域监测异常目标最重要的技术手段,对于维护国防安全稳定具有重大意义。深度神经网络因能够提取到更为抽象的深度特征而普遍应用在目标检测中。对地红外图像由于其数据来源的特殊性和成像过
随着光纤通信技术的发展,光通信系统日益增长的传输速率和传输距离限制了系统的可操作性。未来光纤通信网络的透明性,动态特性和灵活性增加了网络管理的复杂性。同时,它也带来了各种类型的光信号损伤,严重影响了信号传输的质量。光学性能监测技术(Optical Performance Monitoring,OPM)的出现为该问题提供了解决方案。但是,传统的OPM技术在同时和独立监测多个参数方面能力有限,因为不同
高速、高分辨率、多通道的采集系统对各领域的科研任务至关重要,被广泛应用在诸如地震检测、脉冲捕获、殉爆试验等场景中。鉴于高速高分辨率的多通道数据采集系统的重要性,本文着力于设计一款数据采集与存储模块,该模块具有8通道、12位分辨率和2.5GSPS采样率的主要性能指标。本文主要通过系统方案设计、硬件电路设计和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的逻辑设计三个方面来展现模块的设计内容。系统方案设计中,本文围
在雾、霾等恶劣天气下的成像过程中,相机传感器和视觉应用系统受到空气中悬浮大气粒子的干扰,造成拍摄的图像质量下降,产生模糊不清、颜色衰减、对比度下降、细节丢失等现象。这对智能交通、监控系统和目标识别等户外图像处理和计算机视觉应用带来了不便,如何增强雾天低质图像的清晰度与能见度,减弱这类恶劣天气对户外成像系统的不利影响,已经成为图像增强领域的研究热点。本文主要研究内容如下:(1)研究了雾天低质图像的退