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融合点线特征的视觉惯性同时定位及建图
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作者 姚建均 李英朝 +3 位作者 吴杨 唐瑞卓 于新达 闫宇坤 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期771-778,共8页
为了解决移动机器人在低纹理场景中的定位精度较低且容易跟踪丢失问题,本文设计了一种点线特征提取和匹配策略,并以此构建了视觉惯性同时定位和建图系统。提出线特征提取和匹配算法,通过改良线特征提取算法的隐藏参数,提高了线特征提取... 为了解决移动机器人在低纹理场景中的定位精度较低且容易跟踪丢失问题,本文设计了一种点线特征提取和匹配策略,并以此构建了视觉惯性同时定位和建图系统。提出线特征提取和匹配算法,通过改良线特征提取算法的隐藏参数,提高了线特征提取的精度。利用点线特征不同匹配筛选框架减少误匹配的数目,得出了可以应用于视觉惯性同时定位和建图系统的线特征提取匹配算法。在现有视觉惯性框架中引入提出的线特征约束,搭建了能在未知低纹理环境下鲁棒运行的视觉惯性同时定位及建图系统。研究表明:在真实环境中的移动机器人定位实验证明了该系统的精度和鲁棒性优于现有的视觉惯性框架,其室内定位精度提高了24.2%,走廊定位精度提高了8%,对于移动机器人在低纹理场景下的高精度定位具有较高价值。 展开更多
关键词 同时定位及建图 点线特征 视觉惯性里程计 单目视觉 移动机器人感知 特征匹配 低纹理 回环检测
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VIO-SLAM综述 被引量:9
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作者 房德国 王伟 +2 位作者 李自然 华锡焱 潘枭 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2020年第12期58-62,100,共6页
VIO-SLAM指的是移动机器人把相机和IMU作为外部传感器,在进行自身定位的同时构建外部地图。从前端视觉惯导里程计、后端优化、回环检测和建图等模块对VIO-SLAM定位系统进行综述。对于视觉惯导里程计,主要讲述特征点法和光流法的异同,以... VIO-SLAM指的是移动机器人把相机和IMU作为外部传感器,在进行自身定位的同时构建外部地图。从前端视觉惯导里程计、后端优化、回环检测和建图等模块对VIO-SLAM定位系统进行综述。对于视觉惯导里程计,主要讲述特征点法和光流法的异同,以及IMU预积分的过程;后端优化主要指出如何处理VIO-SLAM过程中的噪声以及IMU中陀螺仪和加速度的数据误差;回环检测主要阐述如何解决位置估计随时间漂移的问题;而建图部分则依据移动机器人的用途指出几种主要的建图方法和建图策略。最后对VIO-SLAM的发展趋势做出展望。 展开更多
关键词 移动机器人 视觉惯导里程计 回环检测
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基于双目视觉-惯性导航的轻型无人机导航算法 被引量:8
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作者 刘全攀 王正杰 王寰 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S02期241-248,共8页
由于战场环境的复杂性,轻型无人机在全球导航卫星系统(GNSS)信号拒止环境中的导航算法显得至关重要。提出一种基于非线性优化的双目视觉-惯性导航(简称视觉-惯导)里程计,使轻型无人机在续航能力和机载计算能力有限的情况下,能够在GNSS... 由于战场环境的复杂性,轻型无人机在全球导航卫星系统(GNSS)信号拒止环境中的导航算法显得至关重要。提出一种基于非线性优化的双目视觉-惯性导航(简称视觉-惯导)里程计,使轻型无人机在续航能力和机载计算能力有限的情况下,能够在GNSS信号拒止的未知室内或者室外环境中展现出快速、自主、灵巧的飞行。该算法由惯性测量单元(IMU)的预积分开始,其中IMU的测量值通过预积分在多个图像帧之间累积。在初始化过程中,采用基于特征的多视图几何(MVG)理论,对初始速度、重力方向和陀螺仪偏差进行估计。在视觉-惯导联合初始化收敛后,将IMU测量值与双目视觉观测值融合,得到高精度的立体视觉-惯导里程计。新方法在EuRoC数据集上得到了验证,实验结果表明,在具有挑战性的环境中,所提算法具有更高的精度和鲁棒性。 展开更多
关键词 轻型无人机 双目视觉 视觉-惯性导航里程计 惯性测量单元
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基于抗差LM的视觉惯性里程计与伪卫星混合高精度室内定位 被引量:6
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作者 杨高朝 王庆 +2 位作者 蔚保国 刘鹏飞 李爽 《测绘学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期18-30,共13页
视觉惯性里程计(VIO)和伪卫星已经广泛应用于室内环境定位中,但在实际应用中,二者各自都有明显的缺陷。视觉里程计依赖于实际场景,在景深变化明显和光照不均匀的环境下会产生粗差,而且误差会不可避免地随着时间累积,但是在相邻帧间能保... 视觉惯性里程计(VIO)和伪卫星已经广泛应用于室内环境定位中,但在实际应用中,二者各自都有明显的缺陷。视觉里程计依赖于实际场景,在景深变化明显和光照不均匀的环境下会产生粗差,而且误差会不可避免地随着时间累积,但是在相邻帧间能保证相对高精度的位姿测量。由于受到室内多径的影响,伪卫星室内定位的精度和可靠性很难保证。为增加室内定位的可靠性和稳定性,基于抗差LM非线性优化理论,本文主要研究利用视觉惯性里程计的相邻帧间高精度位姿测量和伪卫星融合的室内高精度定位技术。该算法不仅可以抵抗粗差,而且可以减弱不同传感器间权重设置不合理带来的影响。最后使用在室内环境下搭建的高精度动态捕捉设备对组合定位方法进行实验验证。试验结果表明,该方法不依赖回环即可消除视觉惯性里程计的累积误差,有效提高室内定位精度及可靠性。利用改进的LM算法融合后场景1和场景2,相对于VIO单独定位精度分别提高了59.0%和77.5%。 展开更多
关键词 视觉惯性里程计 伪卫星 LM 抗差估计 室内定位
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基于优化紧耦合VIO的四足机器人精准定位研究
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作者 汤文俊 高芳征 +1 位作者 黄家才 汪涛 《控制工程》 CSCD 北大核心 2024年第8期1485-1495,共11页
针对足式机器人仅依靠自身腿足式结构获取里程信息难于实现其精确定位这一问题,基于优化思想将双目视觉获取的图像特征信息和惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)的惯性数据进行有效融合,提出一种紧耦合的双目视觉惯性里程计技... 针对足式机器人仅依靠自身腿足式结构获取里程信息难于实现其精确定位这一问题,基于优化思想将双目视觉获取的图像特征信息和惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)的惯性数据进行有效融合,提出一种紧耦合的双目视觉惯性里程计技术,实现四足机器人的室内外精准定位。该技术的突出优势在于,它既能有效缓解机器人移动速度过快导致的图像模糊以及动态场景的错误匹配问题,又能有效抑制惯性测量的漂移。利用实验室的四足机器人搭建物理平台进行实验验证,结果表明,无论是在室内还是室外环境下,设计的视觉惯性里程计都可实现四足机器人的高精度、高鲁棒性定位,即实验结果验证了所提方法的可行性与有效性。 展开更多
关键词 四足机器人 室内外定位 视觉惯性里程计 紧耦合非线性优化
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基于视觉惯性里程计的室内自主飞行无人机系统设计 被引量:4
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作者 蔺晓俊 薛涛 孙习贞 《机械设计》 CSCD 北大核心 2021年第S02期99-103,共5页
为解决在GPS信号缺失的室内环境下无人机的定位和自主飞行问题,以多旋翼无人机为平台,基于机器人操作系统(Robot Operating System,ROS)和MAVROS构建了通信网络系统,并选用英伟达Jetson NANO运行该系统,采用Pixhawk4飞行控制板运行核心... 为解决在GPS信号缺失的室内环境下无人机的定位和自主飞行问题,以多旋翼无人机为平台,基于机器人操作系统(Robot Operating System,ROS)和MAVROS构建了通信网络系统,并选用英伟达Jetson NANO运行该系统,采用Pixhawk4飞行控制板运行核心控制部分,结合基于英特尔追踪实感摄像头T265的位置信息,融合飞行控制板载传感器数据对无人机状态估计进行修正,提高了无人机室内自主飞行的稳定性。为进一步提高无人机室内自主飞行性能,基于ROS设计了飞行任务管理系统,实现了控制无人机在室内飞四边形轨迹。真实飞行试验结果表明:无人机自主飞行过程中可以实现一键起飞、自主降落、稳定悬停和飞行。 展开更多
关键词 无人机 室内自主飞行 ROS T265 视觉惯性里程计
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基于视觉惯性里程计与语义信息的无人机SLAM方法研究 被引量:2
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作者 陈国军 陈巍 +1 位作者 郭铁铮 王志明 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2022年第3期826-830,840,共6页
室内环境中存在丰富的语义信息,可以使机器人更好地理解环境,提高机器人位姿估计的准确性。虽然语义信息在机器人同时定位与地图构建(SLAM)领域得到了深入研究和广泛应用,但是在环境准确感知、语义特征提取和语义信息利用等方面还存在... 室内环境中存在丰富的语义信息,可以使机器人更好地理解环境,提高机器人位姿估计的准确性。虽然语义信息在机器人同时定位与地图构建(SLAM)领域得到了深入研究和广泛应用,但是在环境准确感知、语义特征提取和语义信息利用等方面还存在着很多困难。针对上述难点,提出了一种基于视觉惯性里程计算法与语义信息相结合的新方法,该方法通过视觉惯性里程计来估计机器人的状态,通过校正估计,构建从语义检测中提取的几何表面的稀疏语义地图;通过将检测到的语义对象的几何信息与先前映射的语义信息相关联来解决视觉惯性里程计和惯性测量单元的累积误差问题。在室内环境中对装备RGB-D深度视觉和激光雷达的无人机进行验证实验,结果表明,该方法比视觉惯性里程计算法取得了更好的结果。应用结合语义信息和视觉惯性里程计的SLAM算法表现出很好的鲁棒性和准确性,该方法能提高无人机导航精度,实现无人机智能自主导航。 展开更多
关键词 同步地图构建和定位 语义分割 视觉惯性里程计 无人机
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基于GPU并行计算的快速视觉惯性里程计方法 被引量:1
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作者 陈财富 汪双 +2 位作者 陈波 张华 王姮 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2022年第10期18-21,25,共5页
针对当前视觉即时定位与地图构建(VSLAM)前端视觉惯性里程计(VIO)存在运算量大导致计算时间长的问题,提出了一种全新的基于图形处理器(GPU)并行加速的VIO方法。首先,对VIO进行加速算法设计,包括限制对比度的自适应性直方图均衡化(CLAHE... 针对当前视觉即时定位与地图构建(VSLAM)前端视觉惯性里程计(VIO)存在运算量大导致计算时间长的问题,提出了一种全新的基于图形处理器(GPU)并行加速的VIO方法。首先,对VIO进行加速算法设计,包括限制对比度的自适应性直方图均衡化(CLAHE)算法加速、FAST角点筛选改进加速以及改进光流跟踪算法加速。最后,将设计的加速算法串并组合成前端,结合开源VINS-Mono后端进行定位精度与实时性测试,平均耗时减少12.03 ms,定位精度均方根(RMS)值相差0.008 963 m。实验结果表明:提出的方法在保持定位精度的同时提升了算法实时性能,且优于VINS-Mono中基于OpenCV GPU加速的方法。 展开更多
关键词 视觉即时定位与地图构建 视觉惯性里程计 图形处理器 OpenCV数据库 加速
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综合卡尔曼滤波的多传感器协同室外定位研究
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作者 汪涛 黄家才 +1 位作者 汤文俊 高芳征 《南京工程学院学报(自然科学版)》 2023年第1期9-16,共8页
为了拓展移动机器人应用场景、满足室外定位的高精度需求,提出一种基于综合卡尔曼滤波的协同室外定位算法,可解决室外复杂环境下独立传感器失灵、机器人实时定位漂移的问题.首先构建GPS和超宽频非线性定位系统模型,测试不同滤波算法对... 为了拓展移动机器人应用场景、满足室外定位的高精度需求,提出一种基于综合卡尔曼滤波的协同室外定位算法,可解决室外复杂环境下独立传感器失灵、机器人实时定位漂移的问题.首先构建GPS和超宽频非线性定位系统模型,测试不同滤波算法对该模型的预测效果,分析对比解算速度和均方根误差,从而确定适合定位系统的最优算法;然后针对GPS信号受环境遮挡导致丢失或失准的情况,构建超宽频和惯性测量单元非线性定位补偿系统,利用基于误差的卡尔曼滤波算法预测机器人位置姿态;通过融合两种非线性系统下估计得到的不同状态向量,确定机器人室外真实位置姿态,进一步提高机器人室外定位精度,保证定位系统的稳定性.试验验证表明,本文算法室外定位误差小于10 cm,在GPS信号微弱的环境下能实时估计目标位置姿态,大幅度降低障碍物干扰的影响,准确预测机器人位置. 展开更多
关键词 协同定位 多传感器融合 综合卡尔曼滤波 状态估计
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