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LiDAR-Visual SLAM with Integrated Semantic and Texture Information for Enhanced Ecological Monitoring Vehicle Localization
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作者 Yiqing Lu Liutao Zhao Qiankun Zhao 《Computers, Materials & Continua》 SCIE EI 2025年第1期1401-1416,共16页
Ecological monitoring vehicles are equipped with a range of sensors and monitoring devices designed to gather data on ecological and environmental factors.These vehicles are crucial in various fields,including environ... Ecological monitoring vehicles are equipped with a range of sensors and monitoring devices designed to gather data on ecological and environmental factors.These vehicles are crucial in various fields,including environmental science research,ecological and environmental monitoring projects,disaster response,and emergency management.A key method employed in these vehicles for achieving high-precision positioning is LiDAR(lightlaser detection and ranging)-Visual Simultaneous Localization and Mapping(SLAM).However,maintaining highprecision localization in complex scenarios,such as degraded environments or when dynamic objects are present,remains a significant challenge.To address this issue,we integrate both semantic and texture information from LiDAR and cameras to enhance the robustness and efficiency of data registration.Specifically,semantic information simplifies the modeling of scene elements,reducing the reliance on dense point clouds,which can be less efficient.Meanwhile,visual texture information complements LiDAR-Visual localization by providing additional contextual details.By incorporating semantic and texture details frompaired images and point clouds,we significantly improve the quality of data association,thereby increasing the success rate of localization.This approach not only enhances the operational capabilities of ecological monitoring vehicles in complex environments but also contributes to improving the overall efficiency and effectiveness of ecological monitoring and environmental protection efforts. 展开更多
关键词 lidar-visual simultaneous localization and mapping integrated semantic texture information
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自动驾驶环境下车道级雷视融合SLAM
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作者 马庆禄 蹇秋伟 +1 位作者 李美强 邹政 《汽车工程》 北大核心 2025年第6期1155-1168,共14页
为提升自动驾驶车辆在多车道行驶与作业时的道路环境感知能力,提出了自动驾驶环境下车道级雷视融合方法 LLV-SLAM(lane-level LiDAR-visual fusion SLAM),并构建了适用于雷视融合的实时定位与建图算法(simultaneous localization and ma... 为提升自动驾驶车辆在多车道行驶与作业时的道路环境感知能力,提出了自动驾驶环境下车道级雷视融合方法 LLV-SLAM(lane-level LiDAR-visual fusion SLAM),并构建了适用于雷视融合的实时定位与建图算法(simultaneous localization and mapping,SLAM)。首先,在视觉特征点提取的基础上引入直方图均衡化,并利用激光雷达获取特征点深度信息,通过视觉特征跟踪以提升SLAM系统鲁棒性。其次,利用视觉关键帧信息对激光点云进行运动畸变校正,并将LeGO-LOAM(lightweight and groud-optimized lidar odometry and mapping)融入视觉ORBSLAM2(oriented FAST and rotated BRIEF SLAM2)以增强闭环检测与矫正性能,降低系统累计误差。最后,将视觉图像所获取的位姿进行坐标转换作为激光里程计的位姿初值,辅助激光雷达SLAM进行三维场景重建。实验结果表明:相比于传统的SLAM方法,融合后的LLV-SLAM方法平均定位时延减少了41.61%;在x、y、z方向上的平均定位误差分别减少了34.63%、38.16%、24.09%;在滚转角、俯仰角、偏航角方向上的平均旋转误差减少了40.8%、37.52%、39.5%。LLV-SLAM算法有效抑制了LeGO-LOAM算法的尺度漂移,实时性和鲁棒性有显著提升,能够满足自动驾驶车辆对多车道道路环境的感知需要。 展开更多
关键词 自动驾驶 同步定位与建图 雷视融合 车道级定位
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激光雷达和视觉SLAM融合技术研究
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作者 唐纪煌 《新潮电子》 2025年第6期61-63,75,共4页
本研究综述了激光雷达(LiDAR)和视觉同步定位与地图构建(Visual SLAM)技术,特别是两者的融合研究。LiDAR提供高精度三维点云数据,具有出色的测量精度与抗干扰能力;视觉SLAM则利用相机进行图像特征提取,该技术信息丰富且成本低,但在复杂... 本研究综述了激光雷达(LiDAR)和视觉同步定位与地图构建(Visual SLAM)技术,特别是两者的融合研究。LiDAR提供高精度三维点云数据,具有出色的测量精度与抗干扰能力;视觉SLAM则利用相机进行图像特征提取,该技术信息丰富且成本低,但在复杂环境中的表现有限。本文分析了LiDAR-Visual SLAM的融合方法,并评估了其在机器人应用中的效果。结果显示,融合技术在多种环境下显著提高了定位精度与导航成功率,但仍面临计算资源需求高、实时性不足等挑战。未来研究应关注算法优化、硬件加速及自适应系统,以提升移动机器人的性能。 展开更多
关键词 lidar-visual SLAM 定位精度 导航性能
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一种煤矿井下多传感器融合定位与建图算法 被引量:2
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作者 高铭阳 张志刚 +1 位作者 刘其鑫 李小波 《煤矿安全》 北大核心 2025年第2期233-241,共9页
针对煤矿智能化建设对同时定位与建图(SLAM)技术的需求,以及现有SLAM技术在煤矿井下使用中因环境特征退化导致应用受限的问题,提出了一种适于煤矿井下的多传感器融合SLAM算法。算法由视觉里程计系统和激光SLAM系统2部分组成;视觉里程计... 针对煤矿智能化建设对同时定位与建图(SLAM)技术的需求,以及现有SLAM技术在煤矿井下使用中因环境特征退化导致应用受限的问题,提出了一种适于煤矿井下的多传感器融合SLAM算法。算法由视觉里程计系统和激光SLAM系统2部分组成;视觉里程计系统由近红外相机与惯导传感器构成;激光SLAM系统基于特征点法激光SLAM框架,利用视觉里程计信息代替IMU预积分,并针对煤矿巷道结构改进激光点云特征分类方法,优化雷达帧间扫描匹配;在视觉里程计系统中设计异常处理机制,避免因点云特征退化造成IMU误差累计,导致定位建图失败。在煤矿模拟巷道中算法测试结果表明:算法能够在巷道环境中可靠运行,并且算法稳定性和鲁棒性相较现有SLAM算法有明显提升。 展开更多
关键词 煤矿智能化 同时定位与建图 多传感器融合 激光SLAM 视觉里程计
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基于点线特征与多惯性测量单元融合的SLAM算法
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作者 张弼泽 潘龙飞 +1 位作者 侯勇胜 樊渊 《计算机应用》 北大核心 2025年第S1期309-316,共8页
在移动机器人和无人驾驶技术中,准确且高效的同时定位与地图构建(SLAM)算法至关重要。针对现有SLAM算法在处理复杂环境和动态场景时面临的精度和鲁棒性不足等问题,提出一种基于点线特征与多惯性测量单元(IMU)融合的SLAM算法。该算法利用... 在移动机器人和无人驾驶技术中,准确且高效的同时定位与地图构建(SLAM)算法至关重要。针对现有SLAM算法在处理复杂环境和动态场景时面临的精度和鲁棒性不足等问题,提出一种基于点线特征与多惯性测量单元(IMU)融合的SLAM算法。该算法利用多IMU融合技术从环境中提取点和线特征,这些几何特征能提供丰富的环境信息,有助于构建更详细和准确的地图。在点线特征提取过程中,采用基于优化的特征匹配算法确保特征提取的准确性和稳定性。此外,通过多IMU融合技术增强系统的运动估计能力。多IMU融合不仅能提高单一IMU在高动态环境下的鲁棒性,还能通过优化的传感器数据融合算法提供更精确的位姿估计。实验在多种典型的室内和室外环境(包括静态和动态场景)中进行。与传统算法相比,所提算法在复杂环境中的表现更优越,能有效应对环境中的变化和噪声干扰,在定位精度、建图质量以及实时性方面均有明显提升。 展开更多
关键词 同时定位与建图 点线特征 多惯性测量单元融合 自主导航 图优化 传感器融合 激光雷达 视觉传感器
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轻量的增强型激光雷达-惯性-视觉里程计系统
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作者 杨颜光 钱建国 +2 位作者 于斌 郭洁 焦扬 《测绘通报》 北大核心 2025年第9期78-83,104,共7页
激光-惯性-视觉里程计(LIVO)在移动机器人和自动驾驶等领域展现出广泛的应用潜力。本文基于FAST-LIVO提出了一种轻量的增强型激光雷达-惯性-视觉里程计系统——LITE-LIVO。该系统通过集成激光雷达、惯性测量单元(IMU)和视觉传感器,实现... 激光-惯性-视觉里程计(LIVO)在移动机器人和自动驾驶等领域展现出广泛的应用潜力。本文基于FAST-LIVO提出了一种轻量的增强型激光雷达-惯性-视觉里程计系统——LITE-LIVO。该系统通过集成激光雷达、惯性测量单元(IMU)和视觉传感器,实现高效且实时的姿态估计与高精度地图构建;为提高系统在动态光照条件下的稳健性,引入一种基于深度学习的特征点提取方法和稀疏光流跟踪方法,并通过构建视觉观测残差,在卡尔曼滤波中融合视觉与激光雷达信息;此外,设计了紧耦合的视觉-惯性里程计(VIO)子系统,从激光雷达点云中筛选高质量视觉特征,同时更有效地管理视觉地图。试验结果表明,LITE-LIVO在多个公开数据集和实际场景中均表现出色,尤其在处理复杂环境和退化场景时展现了显著的优势。本文为激光-惯性-视觉里程计的发展提供了新的思路和方法,提高了多源数据融合的定位精度,增加了移动机器人的应用场景。 展开更多
关键词 激光-惯性-视觉里程计 深度学习 光流跟踪 卡尔曼滤波
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综放工作面液压支架直线度调整技术研究与实践 被引量:2
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作者 何勇华 《煤矿机械》 2025年第2期153-157,共5页
综放工作面过度弯曲的后部刮板输送机会影响其运行效率,对放煤工艺生产效率也有很大的影响。借鉴前部刮板输送机的直线度检测技术,研究后部刮板输送机的直线度检测和控制。采用惯性导航技术控制前部刮板输送机和液压支架的直线度,采用... 综放工作面过度弯曲的后部刮板输送机会影响其运行效率,对放煤工艺生产效率也有很大的影响。借鉴前部刮板输送机的直线度检测技术,研究后部刮板输送机的直线度检测和控制。采用惯性导航技术控制前部刮板输送机和液压支架的直线度,采用安装在每台液压支架的3D高清相机或巡检机器人机载激光雷达,通过图像边缘检测和链位中继全局算法实现后部刮板输送机的直线度检测和智能控制。现场试验表明,通过前部刮板输送机直线检测辅以3D激光雷达与机器视觉融合测量前、后部刮板输送机距离的方法,可以实现放顶煤工作面后部刮板输送机的直线度检测问题。 展开更多
关键词 放顶煤工作面 后部刮板输送机 直线度检测 激光雷达 视觉融合测量 巡检机器人
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一种基于多状态颜色一致性约束的激光-惯性-视觉里程计
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作者 刘春明 于光远 +3 位作者 李琮 施鹏程 孙世颖 徐勇军 《电讯技术》 北大核心 2025年第1期119-126,共8页
基于视觉、激光等单一传感器的定位方法难以适应多样化的环境,围绕激光雷达、惯性测量单元和相机3种模态的传感器信息源,针对激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)与视觉测量没有充分关联的问题,提出了一种基于多状态颜色一致... 基于视觉、激光等单一传感器的定位方法难以适应多样化的环境,围绕激光雷达、惯性测量单元和相机3种模态的传感器信息源,针对激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)与视觉测量没有充分关联的问题,提出了一种基于多状态颜色一致性约束的激光雷达-惯性-视觉里程计方法,以提高系统的鲁棒性和定位精度。该方法紧耦合了激光雷达-惯性里程计(LiDAR-Inertial Odometry,LIO)和视觉-惯性里程计(Visual-Inertial Odometry,VIO)两个子系统,并定义了带有颜色信息的全局地图表示形式。LIO子系统中点云经过运动补偿后,直接用于构建点到面的残差。VIO子系统利用全局地图中点的深度信息,根据滑动窗口中多个相机状态观测到同一地图点颜色的一致性,构建光度误差约束,并通过不变扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)状态估计器进行系统状态更新。在南洋理工大学发布的公共数据集上进行了实验,所提方法在该数据集不同序列上的绝对轨迹误差平均值为0.402 m。 展开更多
关键词 多传感器融合定位 状态估计 视觉-惯性里程计 激光-惯性里程计
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基于视觉传感器和激光雷达融合的障碍物识别技术研究现状分析 被引量:1
9
作者 陶崇瑾 《汽车实用技术》 2025年第11期160-164,共5页
为总结视觉传感器和激光雷达(LiDAR)融合技术的现状,文章针对自动驾驶汽车在道路行驶中需要更准确的障碍物识别需求。首先介绍了视觉传感器和激光雷达的识别原理及特性,通过对视觉传感器和激光雷达融合数据层、特征层或决策层来弥补各... 为总结视觉传感器和激光雷达(LiDAR)融合技术的现状,文章针对自动驾驶汽车在道路行驶中需要更准确的障碍物识别需求。首先介绍了视觉传感器和激光雷达的识别原理及特性,通过对视觉传感器和激光雷达融合数据层、特征层或决策层来弥补各自缺陷,提高系统可靠性与适应性。其次阐述了数据融合过程的关键技术,梳理了障碍物识别算法及其改进情况。最后对该技术面临的挑战进行总结,旨在为相关领域的研究人员提供全面且深入的技术参考,推动该技术的进一步创新与突破。 展开更多
关键词 视觉传感器 激光雷达 融合 障碍物识别
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面向矿井环境的激光雷达-惯性-视觉紧耦合SLAM算法
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作者 卢艳军 吕宛桐 张晓东 《工矿自动化》 北大核心 2025年第9期142-149,166,共9页
矿井环境中非结构化地形、光照条件差及特征重复等条件导致单一传感器的同时定位与地图构建(SLAM)精度不足,多传感器数据紧耦合融合可在一定程度上提升精度,但仍存在计算量大、光照突变适应性差等问题。针对上述问题,以快速紧耦合稀疏... 矿井环境中非结构化地形、光照条件差及特征重复等条件导致单一传感器的同时定位与地图构建(SLAM)精度不足,多传感器数据紧耦合融合可在一定程度上提升精度,但仍存在计算量大、光照突变适应性差等问题。针对上述问题,以快速紧耦合稀疏直接激光雷达-惯性-视觉里程计(FAST-LIVO)算法为基础进行改进,提出一种面向矿井环境的激光雷达-惯性-视觉紧耦合SLAM算法。在多传感器数据紧耦合融合部分,采用LK(Lucas-Kanade)光流法代替原有稀疏直接法,利用光流法追踪稳定特征点并构建视觉重投影误差,同时利用随机样本一致(RANSAC)算法剔除离群点以保留高质量视觉约束;结合惯性测量单元(IMU)先验估计与激光雷达点到平面残差,通过迭代误差状态卡尔曼滤波器实现多传感器数据紧耦合融合,输出高精度位姿。在地图构建部分,采用增量式k-d树(ikd-Tree)动态管理点云以构建激光雷达局部地图;通过网格筛选与Shi-Tomas得分计算提取视觉特征点,并采用数组管理实时移除视场外特征点以构建视觉局部地图;通过将激光雷达点云投影至对应图像提取RGB颜色信息生成彩色点云帧,再依据优化位姿拼接彩色点云帧以构建彩色点云地图。基于Gazebo仿真平台的测试结果表明,相比FAST-LIVO算法,所提算法的绝对轨迹误差(ATE)和相对位姿误差(RPE)均降低了20%以上,且巷道侧壁、内部料堆轮廓、地面等特征更清晰。在公开数据集M2DGR上的测试结果表明,所提算法的定位精度较LEGO-LOAM,FAST-LIO及FAST-LIVO算法有所提升,且在转弯处无明显漂移,轨迹稳定性更优,且所提算法处理数据的平均时间缩短。在长走廊模拟环境的测试结果表明,所提算法对空间结构的还原更清晰,线条、轮廓等细节更精准,噪点抑制效果更佳,能更准确地反映真实环境布局。 展开更多
关键词 机器人定位 同时定位与地图构建 SLAM 激光雷达-惯性-视觉 多传感器数据紧耦合融合 光流法 卡尔曼滤波
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基于激光雷达和视觉相机的焦炉大车自动定位系统研究
11
作者 张维龙 《现代制造技术与装备》 2025年第6期208-210,共3页
随着工业自动化的不断发展,焦炉大车的自动定位技术在钢铁生产中发挥着重要作用,但现有的定位技术方案精度低、实用性较差。基于此,提出基于激光雷达和视觉相机的焦炉大车自动定位系统设计方案。实验结果表明,基于激光雷达和视觉相机的... 随着工业自动化的不断发展,焦炉大车的自动定位技术在钢铁生产中发挥着重要作用,但现有的定位技术方案精度低、实用性较差。基于此,提出基于激光雷达和视觉相机的焦炉大车自动定位系统设计方案。实验结果表明,基于激光雷达和视觉相机的焦炉大车自动定位系统定位精度高、适用面广、可靠性高,能够为焦炉大车的自动化作业提供可靠支持。 展开更多
关键词 焦炉大车 自动定位系统 激光雷达 视觉相机
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视觉辅助激光雷达的移动机器人定位系统
12
作者 马小陆 张睿 +2 位作者 郑旗 佘胜安 陈冲 《湖北理工学院学报》 2025年第1期1-6,14,共7页
针对单线激光雷达重定位时间过长甚至失败等问题,提出了视觉辅助激光雷达的定位系统。首先,引入信息更加丰富的视觉传感器,将特征地图和栅格地图建立联系,优先使用视觉重定位找到粗略位姿并传入到激光定位系统中做精细重定位;接着,针对... 针对单线激光雷达重定位时间过长甚至失败等问题,提出了视觉辅助激光雷达的定位系统。首先,引入信息更加丰富的视觉传感器,将特征地图和栅格地图建立联系,优先使用视觉重定位找到粗略位姿并传入到激光定位系统中做精细重定位;接着,针对类走廊环境下单线激光定位系统易造成定位漂移的问题,提出窗口化直线拟合方法,用于识别类走廊环境从而提高里程计权重;最后,针对单线雷达点云可能存在不完整性问题,使用最佳匹配子图取代最近子图做激光精细重定位任务。实验表明,该系统能有效提取环境线特征,识别类走廊环境;在对抗相似环境时,能有效减少匹配时间,提高匹配正确率,辨识机器人正确位姿。 展开更多
关键词 移动机器人 2D激光雷达 直线拟合 视觉定位 重定位
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基于多模态信息源融合的目标检测策略研究
13
作者 易小西 张驰 《自动化应用》 2025年第18期99-102,108,共5页
为了使船舶满足海洋、内河等复杂环境中的应用需求,提升目标检测的准确性和实时性,提出了基于对多源数据的特征提取及信息融合策略。通过构建一个多层次的融合框架,实现对海上目标自动识别系统(AIS)、视频图像、雷达信息不同信息源的有... 为了使船舶满足海洋、内河等复杂环境中的应用需求,提升目标检测的准确性和实时性,提出了基于对多源数据的特征提取及信息融合策略。通过构建一个多层次的融合框架,实现对海上目标自动识别系统(AIS)、视频图像、雷达信息不同信息源的有机融合。首先,利用卷积神经网络(CNN)对多模态信息进行特征提取和归集,然后,结合视频图像与激光雷达的数据,通过加权机制实现信息的高效动态融合。实验结果表明,与现有技术相比,所提算法在目标检测与跟踪方面的准确率具有显著提升。在复杂环境中,尤其是在低能见度条件下,该融合算法表现出更强的鲁棒性,且能够有效降低误检与漏检的概率。 展开更多
关键词 多信息融合 目标检测 视频图像 激光雷达
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SLAM中视觉和激光信息的融合应用
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作者 曾瑞琪 纪新春 +2 位作者 魏东岩 巨柳荫 赵航 《导航定位学报》 北大核心 2025年第3期116-129,共14页
为了进一步提升同步定位与建图(SLAM)技术的性能,研究分析SLAM中视觉和激光信息的融合应用:指出SLAM技术广泛应用于自动驾驶、智能机器人等移动平台的自主导航定位过程,视觉相机和激光雷达(LiDAR)作为最常用的感知传感器,各有优劣,融合... 为了进一步提升同步定位与建图(SLAM)技术的性能,研究分析SLAM中视觉和激光信息的融合应用:指出SLAM技术广泛应用于自动驾驶、智能机器人等移动平台的自主导航定位过程,视觉相机和激光雷达(LiDAR)作为最常用的感知传感器,各有优劣,融合二者数据能增强SLAM系统的鲁棒性和准确性;然后在分析视觉和激光信息融合需求的基础上,结合SLAM工作流程,重点从里程计、回环检测及地图构建3个关键环节探讨视觉和激光信息融合方法;最后分析SLAM中将图像与点云融合所面临的挑战,并对未来的技术发展方向进行展望。 展开更多
关键词 同步定位与建图(SLAM) 视觉相机 激光雷达(LiDAR) 数据融合 里程计 回环检测 建图
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基于激光雷达点云图像的大型货车散装物料高度检测方法
15
作者 张锦宇 刘甲甲 +1 位作者 马忠丽 周巧 《应用科技》 2025年第1期159-165,共7页
大型货车散装物料装载现场的智能化和自主化装车技术的研究是提高物料装载效率、保障货车路上行驶安全的重要前提。本文针对散装物料智能装车系统中物料高度检测的智能化和准确化需求,设计了基于激光雷达点云图像的散装物料高度智能检... 大型货车散装物料装载现场的智能化和自主化装车技术的研究是提高物料装载效率、保障货车路上行驶安全的重要前提。本文针对散装物料智能装车系统中物料高度检测的智能化和准确化需求,设计了基于激光雷达点云图像的散装物料高度智能检测方法。首先,通过装车现场勘查,根据需求进行了系统整体设计,并对激光雷达进行了选型、安装和点云数据采集;然后,对点云预处理方法进行了研究,重点给出基于条件滤波的感兴趣区域提取方法和基于统计滤波的去噪方法;接下来,重点研究了车厢中物料高度检测流程和具体算法,并给出高度数据输出和可视化结果;最后,在搭建的模拟物料装车实验平台和物料装车现场采集的点云数据流上进行分析和验证。结果表明设计的方法能够满足物料高度检测的准确性和实时性要求。 展开更多
关键词 激光雷达 点云图像 散装物料 高度检测 点云库 可视化 模拟平台 实时性
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自适应序贯滤波的机器人融合定位方法研究 被引量:2
16
作者 孙凌宇 李庆翔 +1 位作者 李鑫宝 王子航 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第8期361-364,共4页
针对激光雷达在长直环境下鲁棒性低以及视觉相机受光照条件影响大的问题,提出一种利用序贯卡尔曼滤波将两种传感器采集到的信息进行融合的定位方法,将传感器作为独立的节点逐级传递以实现多层次滤波,解决了异步传感器更新延迟导致算法... 针对激光雷达在长直环境下鲁棒性低以及视觉相机受光照条件影响大的问题,提出一种利用序贯卡尔曼滤波将两种传感器采集到的信息进行融合的定位方法,将传感器作为独立的节点逐级传递以实现多层次滤波,解决了异步传感器更新延迟导致算法中断的问题,同时为算法添加自适应成分,避免了移动机器人长距离行驶过程中因缺少动态调节而产生发散的现象。仿真实验结果表明,以自适应序贯滤波的形式,融合定位结果显著降低了单一传感器测量带来的误差,有效提升了移动机器人在未知环境下的定位精度。 展开更多
关键词 序贯滤波 多传感融合 机器人技术 激光雷达 视觉相机
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双目视觉辅助的激光惯导SLAM算法 被引量:5
17
作者 刘辉 张雪波 +1 位作者 李如意 苑晶 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期1787-1800,共14页
激光同步定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)算法在位姿估计和构建环境地图时依赖环境结构特征信息,在结构特征缺乏的场景下,此类算法的位姿估计精度与鲁棒性将下降甚至运行失败.对此,结合惯性测量单元(inerti... 激光同步定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)算法在位姿估计和构建环境地图时依赖环境结构特征信息,在结构特征缺乏的场景下,此类算法的位姿估计精度与鲁棒性将下降甚至运行失败.对此,结合惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)不受环境约束、相机依赖视觉纹理的特点,提出一种双目视觉辅助的激光惯导SLAM算法,以解决纯激光SLAM算法在环境结构特征缺乏时的退化问题.即采用双目视觉惯导里程计算法为激光扫描匹配模块提供视觉先验位姿,并进一步兼顾视觉约束与激光结构特征约束进行联合位姿估计.此外,提出一种互补滤波算法与因子图优化求解的组合策略,完成激光里程计参考系与惯性参考系对准,并基于因子图将激光位姿与IMU数据融合以约束IMU偏置,在视觉里程计失效的情况下为激光扫描匹配提供候补的相对位姿预测.为进一步提高全局轨迹估计精度,提出基于迭代最近点匹配算法(iterative closest point,ICP)与基于图像特征匹配算法融合的混合闭环检测策略,利用6自由度位姿图优化方法显著降低里程计漂移误差并构建环境地图.最后,将所提出方法在公开与自制数据集上进行实验验证,并与主流开源的SLAM算法进行对比.实验结果表明,所提出算法可以在结构特征缺乏环境下稳定运行,并且相较于对比算法具有更高的位姿估计精度和算法鲁棒性. 展开更多
关键词 激光SLAM 闭环检测 结构特征缺乏环境 位姿图优化 视觉惯导里程计
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基于视觉与激光融合的井下灾后救援无人机自主位姿估计 被引量:5
18
作者 何怡静 杨维 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第4期94-102,共9页
无人机在灾后矿井的自主导航能力是其胜任抢险救灾任务的前提,而在未知三维空间的自主位姿估计技术是无人机自主导航的关键技术之一。目前基于视觉的位姿估计算法由于单目相机无法直接获取三维空间的深度信息且易受井下昏暗光线影响,导... 无人机在灾后矿井的自主导航能力是其胜任抢险救灾任务的前提,而在未知三维空间的自主位姿估计技术是无人机自主导航的关键技术之一。目前基于视觉的位姿估计算法由于单目相机无法直接获取三维空间的深度信息且易受井下昏暗光线影响,导致位姿估计尺度模糊和定位性能较差,而基于激光的位姿估计算法由于激光雷达存在视角小、扫描图案不均匀及受限于矿井场景结构特征,导致位姿估计出现错误。针对上述问题,提出了一种基于视觉与激光融合的井下灾后救援无人机自主位姿估计算法。首先,通过井下无人机搭载的单目相机和激光雷达分别获取井下的图像数据和激光点云数据,对每帧矿井图像数据均匀提取ORB特征点,使用激光点云的深度信息对ORB特征点进行深度恢复,通过特征点的帧间匹配实现基于视觉的无人机位姿估计。其次,对每帧井下激光点云数据分别提取特征角点和特征平面点,通过特征点的帧间匹配实现基于激光的无人机位姿估计。然后,将视觉匹配误差函数和激光匹配误差函数置于同一位姿优化函数下,基于视觉与激光融合来估计井下无人机位姿。最后,通过视觉滑动窗口和激光局部地图引入历史帧数据,构建历史帧数据和最新估计位姿之间的误差函数,通过对误差函数的非线性优化完成在局部约束下的无人机位姿的优化和修正,避免估计位姿的误差累计导致无人机轨迹偏移。模拟矿井灾后复杂环境进行仿真实验,结果表明:基于视觉与激光融合的位姿估计算法的平均相对平移误差和相对旋转误差分别为0.0011 m和0.0008°,1帧数据的平均处理时间低于100 ms,且算法在井下长时间运行时不会出现轨迹漂移问题;相较于仅基于视觉或激光的位姿估计算法,该融合算法的准确性、稳定性均得到了提高,且实时性满足要求。 展开更多
关键词 井下无人机 位姿估计 单目相机 激光雷达 视觉与激光融合 ORB特征点
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煤矿井下移动机器人多传感器自适应融合SLAM方法 被引量:11
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作者 马艾强 姚顽强 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第5期107-117,共11页
基于同时定位与建图(SLAM)技术的移动机器人能够快速、准确、自动化地采集空间数据,进行空间智能感知和环境地图构建,是实现煤矿智能化和无人化的关键。针对目前煤矿井下多传感器融合SLAM方法存在机器人前端位姿估计退化失效和后端融合... 基于同时定位与建图(SLAM)技术的移动机器人能够快速、准确、自动化地采集空间数据,进行空间智能感知和环境地图构建,是实现煤矿智能化和无人化的关键。针对目前煤矿井下多传感器融合SLAM方法存在机器人前端位姿估计退化失效和后端融合精度不足的问题,提出了一种煤矿井下移动机器人激光雷达(LiDAR)−视觉−惯性(IMU)自适应融合SLAM方法。对LiDAR点云数据进行聚类分割,提取线面特征,利用IMU预积分状态进行畸变校正,采用基于自适应Gamma校正和对比度受限的自适应直方图均衡化(CLAHE)的图像增强算法处理低照度图像,再提取视觉点线特征。用IMU预积分状态为LiDAR特征匹配与视觉特征跟踪提供位姿初始值。根据LiDAR相邻帧的线面特征匹配得到移动机器人位姿,之后进行视觉点线特征跟踪,分别计算LiDAR、视觉、IMU位姿变化值,通过设定动态阈值来检测前端里程计的稳定性,自适应选取最优位姿。对不同传感器构建残差项,包括点云匹配残差、IMU预积分残差、视觉点线残差、边缘化残差。为了兼顾精度与实时性,基于滑动窗口实现激光点云特征、视觉特征、IMU测量的多源数据联合非线性优化,实现煤矿井下连续可用、精确可靠的SLAM。对图像增强前后效果进行试验验证,结果表明,基于自适应Gamma校正和CLAHE的图像增强算法能显著提升背光区和光照区的亮度和对比度,增加图像中的特征信息,大幅提升特征点提取数量和匹配质量,匹配成功率达90.7%。为验证所提方法的性能,在狭长走廊和煤矿巷道场景下进行试验验证,结果表明,所提方法在狭长走廊场景的定位均方根误差为0.15 m,构建的点云地图一致性较高;在煤矿巷道场景中的定位均方根误差为0.19 m,构建的点云地图可真实地反映煤矿井下环境。 展开更多
关键词 煤矿井下移动机器人 同时定位与建图 激光雷达−视觉−惯性自适应融合 图像增强 位姿估计 多传感器数据融合 滑动窗口紧耦合优化 SLAM
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SLAM技术及其在矿山无人驾驶领域的研究现状与发展趋势 被引量:10
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作者 崔邵云 鲍久圣 +5 位作者 胡德平 袁晓明 张可琨 阴妍 王茂森 朱晨钟 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第10期38-52,共15页
无人驾驶是矿山智能化关键技术之一,其中即时定位与地图构建(SLAM)技术是实现无人驾驶的关键环节。为推动SLAM技术在矿山无人驾驶领域的发展,对SLAM技术原理、成熟地面SLAM方案、现阶段矿山SLAM研究现状、未来矿山SLAM发展趋势进行了探... 无人驾驶是矿山智能化关键技术之一,其中即时定位与地图构建(SLAM)技术是实现无人驾驶的关键环节。为推动SLAM技术在矿山无人驾驶领域的发展,对SLAM技术原理、成熟地面SLAM方案、现阶段矿山SLAM研究现状、未来矿山SLAM发展趋势进行了探讨。根据SLAM技术所使用的传感器,从视觉、激光及多传感器融合3个方面分析了各自的技术原理及相应框架,指出视觉和激光SLAM技术通过单一相机或激光雷达实现,存在易受环境干扰、无法适应复杂环境等缺点,多传感器融合SLAM是目前最佳的解决方法。探究了目前矿山SLAM技术的研究现状,分析了视觉、激光、多传感器融合3种SLAM技术在井工煤矿、露天矿山的适用性与研究价值,指出多传感器融合SLAM是井工煤矿领域的最佳方案,SLAM技术在露天矿山领域研究价值不高。基于现阶段井下SLAM技术存在的难点(随时间及活动范围积累误差、各类场景引起的不良影响、各类传感器无法满足高精度SLAM算法的硬件要求),提出矿山无人驾驶领域SLAM技术未来应向多传感器融合、固态化、智能化方向发展。 展开更多
关键词 矿山智能化 无人驾驶 即时定位与地图构建 多传感器融合SLAM 视觉SLAM 激光雷达SLAM
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