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基于视觉SLAM的三维语义地图构建方法研究

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基于视觉SLAM的三维语义地图构建方法研究

作者：陈清子重庆理工大学

学位级别：硕士

同时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)技术可在未知环境下,帮助机器人获取周围环境的结构信息和自身的位置信息,在无人机、机器人、自动驾驶等领域具有重要的应用价值。作为SLAM技术中的重要分支,视觉SLAM... 详细信息

同时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)技术可在未知环境下,帮助机器人获取周围环境的结构信息和自身的位置信息,在无人机、机器人、自动驾驶等领域具有重要的应用价值。作为SLAM技术中的重要分支,视觉SLAM通过相机采集图像进行位姿估计和周围环境地图生成,在无人自主系统的导航、定位和避障中发挥重要作用。但是,传统的视觉SLAM在实际应用场景中易受动态物体的干扰,在位姿运动估计过程中易出现误差累积。同时,动态物体的出现与移动使得SLAM地图出现变形,进而影响建图效果。此外,传统的视觉SLAM建图仅提供了代表空间点云坐标和相机位姿的几何信息,缺乏语义信息,使其执行更高层的语义任务受限。针对上述问题,论文对基于运动分割的视觉SLAM方法和表征静态环境的三维语义地图构建进行了研究,其主要研究内容和创新点如下:针对传统的视觉SLAM在动态场景下,算法鲁棒性差、定位精度低的问题,提出了一种基于运动分割的视觉SLAM方法。在ORB-SLAM3系统的基础框架上,使用结合几何约束、光流估计和深度估计方法于一体的运动分割方法Rigidmask,检测潜在动态物体并生成动态物体掩码图像。同时使用YOLO-World方法进行实例分割,以获取物体掩码图像。随后,对上述两种掩码图像进行对应关系匹配,以提高运动分割的精确度。最后,对掩码图像进行二值化处理,剔除动态特征点,利用剩余特征点进行位姿匹配和估计,从而提高整体定位精度。针对传统的视觉SLAM建图缺乏语义信息,以及易受动态物体干扰,导致地图失真的问题,提出了一种基于多目标跟踪的三维语义地图构建方法。首先使用Bytetrack进行多目标跟踪,得到YOLO-World实例分割结果中物体的ID,判断环境中运动过的物体。其次,利用得到的输入的每帧图像的所有物体的掩码图像和物体ID、对应关系匹配后动态物体ID进行匹配删除,获取到静态物体实例掩码图像。再次,使用静态物体实例掩码图像进行单帧点云的生成,同时进行点云的拼接和两次滤波操作,最终生成三维语义地图。在此基础上,利用TUM数据集对上述两种方法进行了实验研究。结果表明,与ORB-SLAM3相比,在高动态序列下,所提方法的绝对轨迹误差(absolute trajectory error,ATE)可提高89%以上。同时,其定位精度在fr3＿walking＿static和fr3＿sitting＿halfsphere序列上均高于Dyna SLAM和DS-SLAM算法,在其他序列上较DS-SLAM也有明显改进。此外,在动态环境下,所提方法能构建出几何信息较复杂的语义地图。

关键词：视觉SLAM 语义地图运动分割多目标跟踪

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汉语多功能语法形式与语义地图研究

中国训诂学报

中国训诂学报 2024年第1期 119-130页

作者：王鸿滨北京语言大学汉语国际教育研究院/教师教育学院

本文首先从宏观层面出发,对目前国内多功能语法形式的主要研究视角,即“语法化”和“语义地图”进行梳理;其次,进一步对“语义地图”在方言、汉语历时与共时研究中的具体应用与研究情况加以归纳总结,并指出现有研究存在的问题与不足;最... 详细信息

本文首先从宏观层面出发,对目前国内多功能语法形式的主要研究视角,即“语法化”和“语义地图”进行梳理;其次,进一步对“语义地图”在方言、汉语历时与共时研究中的具体应用与研究情况加以归纳总结,并指出现有研究存在的问题与不足;最后,在上述基础上对“语义地图”模型理论在汉语多功能介词的习得与教学中的作用与意义加以强调,并为其具体的实施与应用绘制蓝图。

关键词：类型学语法化语义地图多功能语法形式

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现代汉语副词“净”语义地图研究

龙岩学院学报 2024年第3期42卷 34-41页

作者：彭蒙娟林艳北京语言大学北京100083

副词“净”是一个多功能语法词,能够表示总括性、排他性和高频惯常的语义。立足于语义结构分析法,以现代汉语副词“净”为研究对象,对其功能进行描写分析,并着眼于汉语方言中多功能语法词“净”的语义关联,据此建立概念空间并勾画普通... 详细信息

副词“净”是一个多功能语法词,能够表示总括性、排他性和高频惯常的语义。立足于语义结构分析法,以现代汉语副词“净”为研究对象,对其功能进行描写分析,并着眼于汉语方言中多功能语法词“净”的语义关联,据此建立概念空间并勾画普通话、湘方言与客家方言的语义地图,从中归纳所蕴涵共性。通过对比,发现“净”在现代汉语普通话中的功能最为丰富。此外,从语言分化的角度及本体论的角度出发,论证了“净”是由总括性衍生出排他性的功能。

关键词：副词“净” 语义地图语义结构分析法

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罗曼语族颜色词“黑”“白”的语义地图

炎黄地理 2024年第2期 46-48页

作者：李欣怡孟艳华北京语言大学北京语言大学汉学与中国学学院

1969年,Brent Berlin和Paul Kay考察了98种语言,列出了11种基本颜色词,包括白、黑、红、绿、黄等。他们认为这些基本颜色词是按照进化过程依次出现在色彩语码系统中的,而每种语言中必定存在表示白和黑的词。国内大部分学者在从事与黑、... 详细信息

1969年,Brent Berlin和Paul Kay考察了98种语言,列出了11种基本颜色词,包括白、黑、红、绿、黄等。他们认为这些基本颜色词是按照进化过程依次出现在色彩语码系统中的,而每种语言中必定存在表示白和黑的词。国内大部分学者在从事与黑、白相关的颜色词研究时,常通过对比探索汉语和其他语言中的“黑”“白”在文化内涵方面的异同。然而,此类研究的对照样本一般只有一种语言,考察范围相对狭窄,部分结论缺乏足够的语料支持。

关键词：语义地图基本颜色词罗曼语 Paul 对照样本考察范围

基于语义地图的朝汉语正预期标记“■”与“果然”的对比研究

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中国朝鲜语文 2024年第3期 58-68页

作者：单清丛赵新建上海外国语大学

朝汉语预期范畴是近年来汉朝学界广泛关注的范畴之一。朝汉语通过不同的语法标记手段表示不同的预期范畴。本文主要基于语义地图,对朝汉语正预期标记“■”与“果然”的预期语义进行对比分析,初步可得出如下小结:第一,相同点方面,朝汉... 详细信息

朝汉语预期范畴是近年来汉朝学界广泛关注的范畴之一。朝汉语通过不同的语法标记手段表示不同的预期范畴。本文主要基于语义地图,对朝汉语正预期标记“■”与“果然”的预期语义进行对比分析,初步可得出如下小结:第一,相同点方面,朝汉语两种标记皆以正预期语义为核心在不同语境中向不同语义类型扩展,且主观化、语境吸收、认知突显等机制发挥重要作用;第二,不同点方面,朝鲜语“■”的语义类型较汉语“果然”有更丰富的倾向,且前者在语义地图中有向左侧扩展的倾向,后者有向右侧扩展的倾向。

关键词：正预期标记朝鲜语副词“■” 汉语副词“果然” 语义地图对比

从“kho33”和“颗”的语义地图看白语量词认知范畴类型特征

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中国民族博览 2024年第6期 227-230页

作者：王瑞娥施凤甜李雨时西南民族大学中国语言文学学院四川成都610200

本文利用语言类型学的研究方法、借助语义地图这一语言类型学特有研究工具,以白语剑川方言量词“kho33”和现代汉语量词“颗”作为对比分析的切入点,旨在探寻白语量词的本体特征及语义多功能现象,对白语量词的认知范畴进行考察。二者的... 详细信息

本文利用语言类型学的研究方法、借助语义地图这一语言类型学特有研究工具,以白语剑川方言量词“kho33”和现代汉语量词“颗”作为对比分析的切入点,旨在探寻白语量词的本体特征及语义多功能现象,对白语量词的认知范畴进行考察。二者的原型成员都是小形圆状物,但是在名词的选择上差异很大。尽管如此,二者还是存在一些相同的范畴扩展途径和促动因素。其相同特征反映了人类语言的共通性,差异性则体现了人类语言的多样性。从范畴化的角度对两种语言相对应的要素进行对比,可以在表面化对比的基础上深入探究人类语言的共性机制,同时也为之后了解两种语言之下深藏的思维、文化差异研究提供一定的依据。

关键词：量词类型学语义地图原型成员范畴化促动因素

激光与视觉融合识别并构建语义地图改善定位性能

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中国激光 2022年第18期49卷 134-148页

作者：蒋林刘奇雷斌左建朋赵慧武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机器人与智能系统研究院湖北武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室湖北武汉430081

语义地图能够帮助移动机器人更好地理解环境,改善定位性能。为了提高语义地图的精度,本文提出一种激光与视觉融合识别并构建语义地图的方法。首先对激光雷达击中点进行直线拟合,提取凸凹墙角信息;然后利用相机和电子罗盘进行墙角的方向... 详细信息

语义地图能够帮助移动机器人更好地理解环境,改善定位性能。为了提高语义地图的精度,本文提出一种激光与视觉融合识别并构建语义地图的方法。首先对激光雷达击中点进行直线拟合,提取凸凹墙角信息;然后利用相机和电子罗盘进行墙角的方向性进行区分,得到丰富的墙角类别信息;接着利用墙角信息对柜式物体进行误识别去除,融合激光深度信息,得到更加精确的物体语义信息;最后利用贝叶斯估计增量式地构建语义地图,消除语义栅格重叠构建的问题。通过仿真环境以及真实环境下的实验验证了该方法的有效性,同时利用语义地图进行重定位实验验证了该语义地图能有效改善定位性能。

关键词：遥感直线拟合墙角类别贝叶斯估计语义地图重定位

基于具有墙角信息的语义地图改进AMCL重定位算法

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机械工程学报 2022年第24期58卷 312-323页

作者：蒋林聂文康朱建阳刘奇田体先李峻武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机器人与智能系统研究院武汉430081

针对原始自适应蒙特卡洛定位(Adaptive monte carlo localization,AMCL)算法仅利用激光信息存在的缺陷,提出一种基于激光与视觉融合的语义地图进行全局定位,该语义地图融合基于深度学习的目标检测方法提取环境中的墙角语义;利用建立的... 详细信息

针对原始自适应蒙特卡洛定位(Adaptive monte carlo localization,AMCL)算法仅利用激光信息存在的缺陷,提出一种基于激光与视觉融合的语义地图进行全局定位,该语义地图融合基于深度学习的目标检测方法提取环境中的墙角语义;利用建立的包含墙角信息的二维语义栅格地图,结合视觉预定位方法及角点周围语义信息表来提高算法全局初始定位的效率和准确性,使得移动机器人可以在少量先验信息和运动的情况下更迅速地实现定位。提出视觉预定位的方法,改进了粒子权重更新方式,再同步结合AMCL算法与环境地图匹配进行精定位。最后通过搭建的移动机器人在不同场景下进行对比试验,验证了该方法的有效性。

关键词：墙角信息语义信息表全局预定位改进AMCL 语义地图

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基于改进PFPN的语义地图构建方法研究

激光与光电子学进展 2022年第4期59卷 400-408页

作者：任丽军刘元盛钟科娣北京联合大学北京市信息服务工程重点实验室北京100101 北京市智能机械创新设计服务工程技术研究中心北京100101

针对园区等环境结构性强而全球导航卫星系统(GNSS)信号不稳定的应用场景及无人车应用激光雷达同时定位与建图(SLAM)技术缺乏对于场景的语义理解能力而造成的定位误差问题,提出了一种单目相机与激光雷达融合构建三维语义地图的方法。该... 详细信息

针对园区等环境结构性强而全球导航卫星系统(GNSS)信号不稳定的应用场景及无人车应用激光雷达同时定位与建图(SLAM)技术缺乏对于场景的语义理解能力而造成的定位误差问题,提出了一种单目相机与激光雷达融合构建三维语义地图的方法。该方法以园区环境结构性强、车辆行人动态变化高的特征为依据,通过改进的全景特征金字塔网络(PFPN)进行场景视觉语义分割,然后采用像素级融合方法为激光点云提供语义信息,从而有效地去除了正态分布变换(NDT)建图过程中动态目标的干扰,进而提高了无人车SLAM技术在动态环境中的鲁棒性和精确性。在旋风智能无人驾驶平台上进行实验验证,并与原始NDT方法进行了比较,实验结果表明:所提方法能够全面提升建图精度,其中位姿精度最为显著,提高了34.34%;除此之外,建图的点云数量也降低了39.78%,大大提高了建图速度。

关键词：遥感激光雷达语义地图语义分割数据融合