基于Kinect的移動機(jī)器人室內(nèi)環(huán)境三維重建.pdf

1、三維地圖廣泛應(yīng)用于人們的日常生活和移動機(jī)器人自主導(dǎo)航、醫(yī)學(xué)圖像、虛擬現(xiàn)實(shí)等各個領(lǐng)域。目前在室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行三維地圖重建存在計算時間過長、表達(dá)信息不夠完整、難于應(yīng)用于實(shí)際機(jī)器人導(dǎo)航等問題，本文通過對特征點(diǎn)的提取和匹配進(jìn)行預(yù)處理，然后針對不同環(huán)境狀況采用不同的位姿求解方法，最后對求解的一系列位姿進(jìn)行閉環(huán)檢測和圖優(yōu)化，獲取較高精度的三維地圖，并將點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行組織與索引，實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人導(dǎo)航功能。本文主要研究了基于移動機(jī)器人的同步定位與地圖創(chuàng)建(Si

2、multaneousLocalization and Mapping，SLAM)算法，引入Kinect相機(jī)獲取三維場景的深度信息，實(shí)現(xiàn)基于計算機(jī)視覺的室內(nèi)場景的實(shí)時三維重建。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴選擇Kinect相機(jī)來獲取三維信息，并且使用旅行家Ⅱ號移動機(jī)器人平臺組成實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)備。在Microsoft Visual Studio2010開發(fā)環(huán)境下結(jié)合開源庫PCL(Point Cloud Library)點(diǎn)云庫，進(jìn)行移動機(jī)器人

3、三維地圖創(chuàng)建與定位的軟件開發(fā)。⑵提出了一套完整的三維彩色地圖創(chuàng)建與定位方法。介紹了移動機(jī)器人位姿的描述與坐標(biāo)變換，通過使用SURF(Speeded-Up Robust Features)算法進(jìn)行特征點(diǎn)檢測和匹配，然后針對不同環(huán)境采用不同的算法進(jìn)行視覺里程計的計算。在移動機(jī)器人初始位姿的基礎(chǔ)上，建立三維地圖和更新機(jī)制，并且初步創(chuàng)建和顯示三維地圖。通過對理論值和真實(shí)值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，證明了視覺里程計和地圖創(chuàng)建與定位方法的可靠性。⑶針對視覺里

4、程計帶有累積誤差，當(dāng)?shù)貓D范圍較大、Kinect相機(jī)工作時間較長的時候，地圖會發(fā)生變形并且運(yùn)算量大的問題，提出了基于關(guān)鍵幀的閉環(huán)路徑檢測和基于關(guān)鍵幀的地圖創(chuàng)建與優(yōu)化的解決方法。將閉環(huán)路徑檢測方法中外觀相似和空間位置相近的兩種方法相結(jié)合，創(chuàng)新性提出了將相似度與歐式距離同時考慮的綜合方法，并通過實(shí)驗(yàn)分析了復(fù)雜軌跡下的閉環(huán)路徑檢測效果，保證了檢測的穩(wěn)定性與一致性。⑷在關(guān)鍵幀的閉環(huán)路徑檢測基礎(chǔ)上，應(yīng)用L-M（Levenberg-Marquardt