应用语义分割优化的移动机器人同时定位与地图构建

发布时间：2023-06-03 19:53

　　ORB_SLAM2 是一款基于 ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF,快速特征点提取和描述算法)图像特征的视觉SLAM(Simultaneous Localization and Mapping,同时定位与地图构建)系统,是现代SLAM系统中做的非常完善和实用的系统之一,其在实时性和准确性上的优势得到了诸多研究者的关注和认可。本文首先对ORB_SLAM2系统的软件流程和数学理论进行了分析和研究,然后以机器人Turetlebot2为实验研究平台,在机器人操作系统ROS中完成了对原有系统的改进:通过增加语义分割环节提高了系统动态场景下的稳定性;增加了实时地图构建的功能,建立起适用于后期避障和导航的三维地图。本文将改进系统在仿真环境和实际场景下分别进行了测试,测试结果证明了改进系统的优越性。本文完成了以下研究工作:(1)分析了 ORB_SLAM2系统的软件架构和流程,并对其中的ORB特征算法,位姿估计,非线性优化,回环检测等理论和应用问题进行了分析和研究,同时对ORB_SLAM2...

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 SLAM领域研究现状
        1.2.1 滤波器方法与非线性优化方法
        1.2.2 特征点法与直接法
        1.2.3 典型的SLAM工程
    1.3 论文的主要研究内容和章节安排
2 基于ORB特征点的视觉SLAM系统-ORB_SLAM2
    2.1 ORB_SLAM2中的非线性优化问题
        2.1.1 非线性最小二乘问题的定义
        2.1.2 非线性最小二乘问题的求解
    2.2 ORB_SLAM2软件系统框架
        2.2.1 ORB_SLAM2系统的软件流程
        2.2.2 ORB特征点的原理
        2.2.3 相机位姿跟踪
        2.2.4 局部地图维护
        2.2.5 回环检测与全局优化后端
    2.3 本章小结
3 应用语义分割优化的ORB_SLAM2
    3.1 传统ORB_SLAM2的位姿估计
        3.1.1 位姿的估计与优化
        3.1.2 传统位姿估计的缺点
    3.2 卷积神经网络SegNet
    3.3 SegNet优化的ORB_SLAM2
        3.3.1 SegNet语义分割函数
        3.3.2 分割结果可视化
        3.3.3 完整数据集测试
    3.4 本章小结
4 基于OctoMap的三维地图构建
    4.1 OctoMap库
        4.1.1 OctoMap库简介
        4.1.2 OctoMap的数据结构及更新
    4.2 基于OctoMap的ORB_SLAM2三维地图构建
        4.2.1 OctoMap建图功能流程
        4.2.2 建图关键帧选择策略
    4.3 公共数据集测试实验
    4.4 本章小结
5 移动机器人平台的测试及实验结果
    5.1 TurtleBot2机器人实验平台
    5.2 机器人操作系统
        5.2.1 ROS的系统结构和基本概念
        5.2.2 ROS的相关工具介绍
        5.2.3 ORB_SLAM2在TurtleBot2上的运行
    5.3 改进的ORB_SLAM2实验
    5.4 增加建图功能的系统实验
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 研究工作总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果



本文编号：3829937