基于双目立体视觉的室内移动机器人地图构建研究

摘要

移动机器人地图构建是机器人导航领域的一个重要研究方向。地图表征机器人的工作环境，环境模型的建立对后续定位和路径规划工作有着非常重要的影响。视觉传感器作为一种被动传感器，具有成本低、信息量大等优点，尤其是双目视觉系统，可以直接恢复景物的立体信息，已越来越广泛地应用于移动机器人地图构建领域，因此，对移动机器人地图构建方法进行研究具有十分重要的意义。本文主要围绕基于双目立体视觉的室内移动机器人地图构建方法展开研究，主要工作如下： 首先，对目前国内、外在移动机器人地图构建领域的研究现状、研究方法等进行了归纳和总结，指出了地图构建中的几个重点和难点问题。介绍了本文所使用的移动机器人平台-MT-R的硬件结构和Bumblebee2双目立体视觉系统。 其次，研究了双目立体视觉中的特征提取及立体匹配技术，重点研究了对图像旋转、尺度缩放及仿射等具有不变性的SIFT特征点的提取及匹配算法。通过实验，分析了算法中几个关键参数对特征提取和匹配性能的影响，建立了特征点数量与匹配效率之间的平衡；匹配过程中采用欧式距离作为特征点的相似性度量，并利用有效的约束准则在一定程度上消除了误匹配。 最后，设计了一种构建室内环境中可视化路标地图的方案。将环境中提取出的SIFT特征点作为可视化路标，计算出其在全局坐标系下的三维坐标，建立包含可视化路标三维坐标信息的路标数据库，并构建出水平平面上的2D可视化路标地图。实验结果证明了该方案的有效性。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1引言

1.2本课题背景及研究意义

1.3机器人地图构建国内外研究现状

1.3.1机器人地图构建国外研究现状

1.3.2机器人地图构建国内研究现状

1.3.3移动机器人地图构建小结

1.4论文主要工作及各章节安排

第二章 室内移动机器人系统结构

2.1引言

2.2 MT-R硬件系统结构

2.2.1 MT-R机器人电子架构

2.2.2 MT-R机器人运动控制

2.3双目立体视觉系统

2.3.1 Bumblebee2双目摄像机

2.3.2双目摄像机函数库

2.4小结

第三章 双目立体视觉技术

3.1引言

3.2双目立体视觉原理

3.2.1常用坐标系

3.2.2双目摄像机模型

3.3双目立体视觉匹配

3.3.1立体匹配算法分类

3.3.2立体匹配准则

3.4 SIFT特征匹配算法

3.4.1尺度空间理论

3.4.2 SIFT特征向量生成

3.4.3 SIFT特征向量匹配

3.5立体匹配实验及分析

3.6小结

第四章 室内环境特征地图创建

4.1引言

4.2环境表示方法

4.3局部坐标系与全局坐标系建立

4.4不确定信息描述与处理

4.5地图构建算法描述及实验分析

4.5.1环境特征点提取及匹配

4.5.2特征点三维信息获取

4.5.3可视化路标数据库建立

4.5.4环境特征地图构建

4.6小结

第五章 全文总结及展望

5.1论文的主要工作

5.2进一步的研究工作

参考文献

研究生期间发表的论文及专利申请情况

致谢