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Enhanced Autonomous Exploration and Mapping of an Unknown Environment with the Fusion of Dual RGB-D Sensors 被引量:7
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作者 Ningbo Yu Shirong Wang 《Engineering》 SCIE EI 2019年第1期164-172,共9页
The autonomous exploration and mapping of an unknown environment is useful in a wide range of applications and thus holds great significance. Existing methods mostly use range sensors to generate twodimensional (2D) g... The autonomous exploration and mapping of an unknown environment is useful in a wide range of applications and thus holds great significance. Existing methods mostly use range sensors to generate twodimensional (2D) grid maps. Red/green/blue-depth (RGB-D) sensors provide both color and depth information on the environment, thereby enabling the generation of a three-dimensional (3D) point cloud map that is intuitive for human perception. In this paper, we present a systematic approach with dual RGB-D sensors to achieve the autonomous exploration and mapping of an unknown indoor environment. With the synchronized and processed RGB-D data, location points were generated and a 3D point cloud map and 2D grid map were incrementally built. Next, the exploration was modeled as a partially observable Markov decision process. Partial map simulation and global frontier search methods were combined for autonomous exploration, and dynamic action constraints were utilized in motion control. In this way, the local optimum can be avoided and the exploration efficacy can be ensured. Experiments with single connected and multi-branched regions demonstrated the high robustness, efficiency, and superiority of the developed system and methods. 展开更多
关键词 AUTONOMOUS EXPLORATION Red/green/blue-depth Sensor fusion point cloud Partial map simulation global FRONTIER search
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基于因子图融合地图的果园机器人定位方法 被引量:1
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作者 何创新 冯威 +4 位作者 李云辉 欧芳 李楠 苗中华 韩增德 《农机化研究》 北大核心 2025年第9期15-21,共7页
针对复杂果园环境中GPS信号易被遮挡和果树种植高度相似性,导致果园机器人初始化全局位姿困难、定位位姿与实际位姿不一致、定位精度低等问题,提出了一种基于因子图融合3D点云先验地图的果园机器人全局定位方法。首先,在果园3D点云先验... 针对复杂果园环境中GPS信号易被遮挡和果树种植高度相似性,导致果园机器人初始化全局位姿困难、定位位姿与实际位姿不一致、定位精度低等问题,提出了一种基于因子图融合3D点云先验地图的果园机器人全局定位方法。首先,在果园3D点云先验地图基础上,提出基于GPS分割出局部地图和NDT匹配相结合的方法,估计机器人在点云地图中全局初始位姿;其次,计算激光里程计作为先验位姿,采用NDT算法计算激光点云与地图匹配的全局位姿;最后,构建因子图融合激光里程计因子、IMU预积分因子和地图反馈因子,执行因子图优化,纠正激光里程计累积漂移,提高全局定位的精度。实验结果表明:在复杂的果园场景中,全局定位轨迹的横向均方根误差为0.17 m、标准差为0.09 m,纵向均方根误差为0.12 m、标准差为0.08 m,满足机器人执行果园任务的自主高精度全局定位要求。 展开更多
关键词 果园机器人 点云地图 因子图 全局定位
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基于运动概率筛选和加权位姿估计的鲁棒动态RGB-D SLAM
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作者 于兴云 程向红 +1 位作者 刘丰宇 钟志伟 《电子测量技术》 北大核心 2025年第15期1-10,共10页
为减小动态物体对视觉SLAM的干扰,提出一种基于运动概率筛选和加权位姿估计的鲁棒动态RGB-D SLAM。首先,利用实例分割网络Yolact获取场景的语义信息,结合语义信息和深度信息对动态掩膜边界修复,根据先验运动概率的大小计算语义动态概率... 为减小动态物体对视觉SLAM的干扰,提出一种基于运动概率筛选和加权位姿估计的鲁棒动态RGB-D SLAM。首先,利用实例分割网络Yolact获取场景的语义信息,结合语义信息和深度信息对动态掩膜边界修复,根据先验运动概率的大小计算语义动态概率。然后,采用基于语义引导的方法,计算特征点的几何动态概率,将语义动态概率和几何动态概率及其置信度,通过加权融合的方式构造特征点的运动概率模型,并设计具有自适应概率阈值的特征点筛选策略。最后,在系统的位姿跟踪、局部地图优化、全局优化过程中,设计基于特征点运动概率的加权代价函数,以区分不同特征点对位姿优化的贡献。此外,在移除动态物体之后,对静态场景建立全局点云地图。公开数据集的实验结果表明,相较于ORB-SLAM2,所提算法在TUM RGB-D和Bonn数据集上的绝对轨迹误差的均方根误差分别平均降低69.16%和91.94%;与其他先进的动态SLAM算法相比,所提算法的位姿估计精度和鲁棒性均有一定程度的提升。在真实场景实验中,相较于ORB-SLAM2、Dyna-SLAM,轨迹端点漂移误差分别平均降低52.20%、19.15%。 展开更多
关键词 RGB-D SLAM 动态物体 运动概率 加权位姿估计 全局点云地图
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SLAM激光点云整体精配准位姿图技术 被引量:29
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作者 闫利 戴集成 +2 位作者 谭骏祥 刘华 陈长军 《测绘学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第3期313-321,共9页
基于同步定位与制图(simultaneous localization and mapping,SLAM)技术的激光扫描系统具有成本低、效率高的优点,近年来在测绘领域得到了广泛关注。虽然基于SLAM技术的激光扫描系统能够实现实时数据获取,但该数据获取方式难以保证点云... 基于同步定位与制图(simultaneous localization and mapping,SLAM)技术的激光扫描系统具有成本低、效率高的优点,近年来在测绘领域得到了广泛关注。虽然基于SLAM技术的激光扫描系统能够实现实时数据获取,但该数据获取方式难以保证点云精度,不同位置获取的同一地物的点云存在位置不一致。为了提高该类系统所获点云精度,本文提出一种分层次点云全局优化方法。该方法首先通过"点-切平面"迭代最近邻算法对重叠点云进行配准,形成扫描系统轨迹间的约束;然后构建位姿图对轨迹进行优化,利用优化后的轨迹对点云进行修正。算法通过将优化过程分解为局部和整体两个层次以提高计算效率。试验结果表明,优化后点云同名点对间的距离中误差减小约50%,内部不一致现象得到有效消除。 展开更多
关键词 点云修正 同步定位与制图 全局优化 图优化 迭代最近点法
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一种基于RGB-D的移动机器人未知室内环境自主探索与地图构建方法 被引量:24
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作者 于宁波 王石荣 徐昌 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2017年第6期860-871,共12页
提出了一种基于RGB-D信息的移动机器人自主探索与地图构建方法.首先,基于RGB-D传感器提供的信息,通过定位点生成、地图构建与闭环检测,实时构建3D点云地图.然后,将探索过程描述成部分可观测马尔可夫决策过程,结合局部地图推演策略与全... 提出了一种基于RGB-D信息的移动机器人自主探索与地图构建方法.首先,基于RGB-D传感器提供的信息,通过定位点生成、地图构建与闭环检测,实时构建3D点云地图.然后,将探索过程描述成部分可观测马尔可夫决策过程,结合局部地图推演策略与全局边界搜索策略,建立了移动机器人的自主探索方法.在此基础上,确定移动机器人当前动作约束,采用动态窗运动控制方法,既能避免移动机器人陷入局部最优,又能保证采用RGB-D数据进行建图时的稳定性.最后,开展了实验室场景下的探索任务实验,验证了本文提出的移动机器人未知环境自主探索与地图构建方法的有效性. 展开更多
关键词 移动机器人 自主探索 点云地图 局部地图推演 全局边界搜索
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稀疏点云引导的航空影像数字表面模型生成方法
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作者 张永军 邹思远 刘欣怡 《武汉大学学报(信息科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期1854-1862,共9页
密集匹配是生成数字表面模型的核心步骤,但在纹理缺乏、视差断裂和光照不一致等区域容易匹配失败。为了提高密集匹配结果的精度,提出一种稀疏点云引导(sparse point cloud guidance,SPCG)的航空影像数字表面模型生成方法,旨在利用空三... 密集匹配是生成数字表面模型的核心步骤,但在纹理缺乏、视差断裂和光照不一致等区域容易匹配失败。为了提高密集匹配结果的精度,提出一种稀疏点云引导(sparse point cloud guidance,SPCG)的航空影像数字表面模型生成方法,旨在利用空三加密的稀疏点云约束影像的密集匹配。首先,通过稀疏点云引导的方式,选择具有良好几何配置、高重叠度和高覆盖率的立体影像对;然后,利用最近邻聚类和金字塔传播方法,扩充稀疏点云的数量;进一步,采用改进的高斯函数优化扩展点的匹配代价,以提高密集匹配结果的准确性;最后,将多个密集匹配点云融合,生成数字表面模型。模拟立体影像和真实航空立体影像的实验表明,SPCG方法优化的半全局匹配显著提升了原始半全局匹配算法的匹配准确性,具体数值表现如下:半全局匹配生成的视差图与真实视差的差值大于1、2或3个像素的百分比分别为46.72%、32.83%或27.32%,而SPCG方法优化的半全局匹配相比于半全局匹配分别下降了7.67%、9.75%或10.28%。此外,相比于高斯方法优化的半全局匹配和深度学习方法金字塔立体匹配网络,SPCG方法优化的半全局匹配具有最高的匹配精度。多视航空影像实验结果表明,SPCG方法准确生成了整个测区的数字表面模型,并且在定性和定量两个方面均优于采用卓越SURE软件生成的数字表面模型。 展开更多
关键词 航空影像 稀疏点云 半全局匹配 视差图 数字表面模型
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基于全局点云地图的煤矿井下无人机定位方法 被引量:4
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作者 高海跃 王凯 +1 位作者 王保兵 王丹丹 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第8期81-87,133,共8页
即时定位与建图(SLAM)技术应用于煤矿井下无人机自主定位时,由于采用特征点构建地图,易出现退化问题,导致定位不准确,且因其以机体作为参考坐标系,无法实现全局定位。针对该问题,提出了一种基于全局点云地图的煤矿井下无人机定位方法。... 即时定位与建图(SLAM)技术应用于煤矿井下无人机自主定位时,由于采用特征点构建地图,易出现退化问题,导致定位不准确,且因其以机体作为参考坐标系,无法实现全局定位。针对该问题,提出了一种基于全局点云地图的煤矿井下无人机定位方法。以Fast-LIO2算法作为激光SLAM算法,获得无人机位姿估计;采用迭代最近邻算法,对获取的激光雷达实时点云和全局点云地图进行两步匹配,实现无人机位姿校正;针对因点云数量过多导致点云匹配速度无法保证定位实时性的问题,设计了基于时间的位姿输出策略,提高了无人机位姿数据输出频率。在1000 m煤矿井下巷道中测试无人机定位方法的SLAM精度和位姿校正效果,结果表明:在长距离巷道环境中,Fast-LIO2算法的定位累计误差小于1 m,在600 m以上范围内小于0.3m,明显小于LOAM-Livox算法和LIO-Livox算法;Fast-LIO2算法输出的位姿估计经校正算法校正后,飞行路径全部位于全局点云地图中,验证了位姿校正算法有效;单次SLAM算法运行耗时14.83 ms,单次位姿校正耗时883 ms,位姿数据输出频率为10 Hz,满足无人机定位实时性要求。 展开更多
关键词 无人机定位 即时定位与建图 激光雷达 惯性测量单元 全局点云地图 位姿校正
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基于无人机点云地图的地面机器人重定位方法
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作者 黄宏智 颜凯 +2 位作者 刘昌锋 王建文 罗斌 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2444-2454,共11页
针对无GNSS(global navigation satellite system)环境下空地协同系统中地面机器人重定位难题及其精度不足的问题,提出了一种基于三维点云地图的由粗到精的重定位算法。通过索引滤波消除高空和地面无效点云的影响,并在提取点云全局特征... 针对无GNSS(global navigation satellite system)环境下空地协同系统中地面机器人重定位难题及其精度不足的问题,提出了一种基于三维点云地图的由粗到精的重定位算法。通过索引滤波消除高空和地面无效点云的影响,并在提取点云全局特征后引入截断最小二乘估计进行粗定位,采用体素法ICP(iterative closest point)精优化,以获得更精确的定位结果。构建了一种基于空中全局地图的地面机器人定位与自主移动框架,并通过仿真平台实验证明了该框架的可行性,验证了地面机器人重定位算法的实时性和准确性。 展开更多
关键词 地面机器人 重定位 无人机 全局点云地图 自主移动
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基于全局特征地图的由粗到细点云配准算法
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作者 李文 林旭滨 《自动化与信息工程》 2024年第2期14-21,共8页
针对现有点云配准算法在非重复扫描式激光雷达上存在精度低、鲁棒性差、通用性差等问题,提出一种基于全局特征地图的由粗到细点云配准算法(CTF-ICP),并实现非重复扫描式激光雷达里程计。该算法利用高斯分布表征局部点云分布,构建全局特... 针对现有点云配准算法在非重复扫描式激光雷达上存在精度低、鲁棒性差、通用性差等问题,提出一种基于全局特征地图的由粗到细点云配准算法(CTF-ICP),并实现非重复扫描式激光雷达里程计。该算法利用高斯分布表征局部点云分布,构建全局特征地图。配准阶段包含粗配准和精配准。首先,采用正态分布变换在连续点云帧之间实现帧到帧的粗配准;然后,根据粗配准的结果将当前点云映射到全局特征地图,并将对应位置的全局特征协方差矩阵的特征值进行归一化,实现帧到地图的精配准;最后,将该文算法与其他常用的配准算法进行对比实验。实验结果表明:该文算法能够较好地适应非重复扫描式激光雷达,配准精度和速度比常用的配准算法都有明显提升;同时,消融实验证明了由粗到细的点云配准算法以及全局特征地图的有效性。 展开更多
关键词 全局特征地图 由粗到细点云配准算法 非重复扫描式激光雷达里程计 高斯分布 正态分布变换
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基于图优化的激光SLAM点云整体配准方法 被引量:5
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作者 唐浩 黎东 +3 位作者 王成 聂胜 刘佳音 段烨 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2024年第10期273-281,共9页
针对激光同步定位与制图(SLAM)算法在扫描轨迹过长时,获得的点云容易出现漂移误差且精度变差的问题,提出一种基于图优化的激光SLAM点云整体配准方法。对于有一定漂移误差的激光SLAM点云,先后构建初始位姿图和迭代位姿图进行级联优化。... 针对激光同步定位与制图(SLAM)算法在扫描轨迹过长时,获得的点云容易出现漂移误差且精度变差的问题,提出一种基于图优化的激光SLAM点云整体配准方法。对于有一定漂移误差的激光SLAM点云,先后构建初始位姿图和迭代位姿图进行级联优化。首先基于分段点云相似性和形心距离,构建初始位姿图进行优化,以减小轨迹漂移误差,获得漂移误差较小的SLAM点云。然后基于分段点云重叠度构建迭代位姿图,依次进行点云迭代粗优化和精优化,获得更高精度的SLAM点云。使用一组手持和三组车载激光SLAM数据进行实验。优化后,4组实验数据的各自重复扫描点云很好地重叠在一起,匹配关键点之间的距离的均方根误差(RMSE)分别由优化前的2.667 m、10.348 m、19.018 m和3.412 m降为0.158 m、0.211 m、0.218 m和0.157 m。实验结果表明,所提算法可以有效解决激光SLAM点云长轨迹扫描的漂移误差问题,提升点云数据精度。 展开更多
关键词 点云整体配准 同步定位与制图 图优化 K-MEANS算法
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