室外机器人街景地图构建方法的研究

作     者：朱林 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孔令富

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 080203[工学-机械设计及理论] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：街景地图 标定 定位与建图 点云数据拼接 曲面拟合 

摘      要：随着三维设备不断完善和地图构建技术的不断发展,各大互联网公司的街景地图服务逐步走入我们的日常生活,为用户提供城市、街道等环境的360度全景图像,真正的实现了“人视角的浏览体验,为我们的日常生活带来了极大的便利,尤其是在旅游、城市规划、图像测量等方面发挥着极为重要的作用。如何准确地进行机器人定位与建图是街景地图的服务中的一个重要内容。本文旨在基于Kinect和IN-RT智能移动轮式机器人采集的数据信息进行模型重建,以恢复出街景地图所反应的真实场景信息。本文重点研究了以下几个方面。首先,提出Kinect与IN-RT轮式机器人之间的标定算法。通过机器人的两次平移和两次旋转分别求出从Kinect坐标系到机器人坐标系下的旋转矩阵和平移矢量。计算机器人的运动控制量时使用里程计,计算Kinect的运动控制量时先用KLT算法在平移前后的两帧进行特征跟踪,并用RANSAC算法剔除错误点对,然后用四元数算法计算Kinect的运动控制量,最后计算出变换参数。其次,研究了利用两种不同的方法解决机器人定位与建图问题,并提出了使用GPS信息对定位结果矫正的方法。本文首先给出了利用里程计的信息定位,并通过坐标转换将点云数据转换到全局坐标系下的方法解决定位与建图问题;然后给出了利用粒子滤波通过里程计的信息和Kinect的观测信息进行同时定位与建图的方法。再次,研究了三维点云数据拼接与曲面拟合的算法。本文给出了利用最小二乘法和ICP算法进行点云数据精确拼接的算法,以及在此基础上进行曲面拟合的算法。最后,设计实验对本文所提出的标定、定位、建图、点云数据处理等算法的可行性和准确性进行验证,并对实验结果进行整理分析。