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基于多线激光雷达的移动机器人SLAM技术研究

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基于多线激光雷达的移动机器人SLAM技术研究

作者：刘东洋哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着科技的发展,机器人正在慢慢的走进大众的视野,移动机器人作为机器人家族的重要组成部分也在快速的发展,其中在未知环境中即时定位与地图构建是移动机器人后续导航以及环境感知的必要条件,是移动机器人最终走向全面智能化运动过程中... 详细信息

随着科技的发展,机器人正在慢慢的走进大众的视野,移动机器人作为机器人家族的重要组成部分也在快速的发展,其中在未知环境中即时定位与地图构建是移动机器人后续导航以及环境感知的必要条件,是移动机器人最终走向全面智能化运动过程中的关键性技术。本文针对室外无GPS的厂区环境,使用多线激光雷达为主要传感器,惯性测量单元作为辅助传感器,对厂区物流移动机器人的即时定位与环境地图构建问题进行研究。本文主要研究内容包括多线激光雷达原始数据预处理、帧间运动估计、环境地图构建及定位、算法对比及仿真验证四个部分。针对多线激光雷达采集到的点云数据存在运动畸变以及干扰点的问题,分析了运动畸变以及干扰点产生的原因,利用IMU的信息对激光点云的运动畸变进行了矫正,并使用一种基于深度图的办法有效的去除了干扰点。为了提高激光SLAM系统中相邻帧之间相对运动求解的精度,本文改进了传统的点云匹配求取相对运动的方法,使用多线激光雷达与IMU数据融合的办法来求取相邻帧之间的相对运动,通过数据集对比进行验证,该方法可以更加准确的求解出相邻帧之间的相对运动。在没有GPS提供绝对位置的条件下,机器人的定位误差会随时间累积逐渐增大。为了解决这一问题,本文使用一种基于位置约束与ICP约束联合判断的回环检测方法,并使用ISAM算法对检测到回环的位姿进行修正,有效的减小了移动机器人的定位误差。另外,改进了地图的更新方式,将地图分解为由关键帧位姿集合及关键帧对应点云集合的形式,在回环修正完成后对地图进行重新构建,有效的减小了地图重影的出现。使用KITTI数据集中的序列对本文方法以及LOAM方法在相对轨迹误差、绝对轨迹误差以及建图效果三个方面进行对比,证实本文方法要优于LOAM。同时,在Gazebo仿真环境中进行室外厂区环境以及室外物流机器人的仿真,并在该环境下对特征点提取、定位误差分析、建图效果以及算法耗时四个方面进行分析,结果表明,本文方法可以满足相应的指标。总之,本文改进了传统激光SLAM系统的定位精度和建图效果,并满足实际应用时实时定位的要求。

关键词：移动机器人多线激光雷达帧间运动估计 SLAM

基于GPU的AVS2高速并行运动估计算法研究

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基于GPU的AVS2高速并行运动估计算法研究

作者：高新意天津大学

学位级别：硕士

AVS2是继AVS1之后推出的具有我国自主知识产权的新一代视频编码标准,通过四叉树编码单元灵活划分方式、新的编码技术等在保证图像质量的情况下编码效率相比H.264/AVC提高了一倍,编码能力与HEVC相当,但是在场景编码方式上,编码效率达到了... 详细信息

AVS2是继AVS1之后推出的具有我国自主知识产权的新一代视频编码标准,通过四叉树编码单元灵活划分方式、新的编码技术等在保证图像质量的情况下编码效率相比H.264/AVC提高了一倍,编码能力与HEVC相当,但是在场景编码方式上,编码效率达到了H.264/AVC的4倍,付出的代价是编码复杂度的大幅度提升,使得在目前的硬件平台很难实现高清超高清视频的实时编码。另一方面随着信息技术的不断发展GPU在海量数据并行处理和内存带宽上的优势越来越明显,NVIDIA推出的CUDA编程模型使得GPU的通用开发应用更加简单灵活。本文在详细研究了AVS2和CUDA编程模型和原理的基础上主要针对AVS2编码中耗时较长的帧间运动估计部分进行优化包括:帧间运动估计预搜索、整像素搜索、子像素运动搜索,具体研究工作主要体现在以下几个方面:1)在帧间运动估计的预搜索过程中,利用快速搜索算法对当前最大编码单元块进行运动估计,每个线程计算一个4x4块大小的绝对误差和(SAD),并进行线程块归约合并求得预搜索运动向量。2)在整像素运动搜素中,采用映射表算法代替编码单元块的大型数据结构,并采用类积分图算法原理,对每个4x4块大小的绝对误差和(SAD)进行的预测单元块的合并,并充分使用共享内存和纹理内存存储当前帧和参考帧数据、合理利用共享内存、局部变量、指令优化、CUDA函数调用等优化方法提高数据读写速度,减少线程同步次数,提高线程利用率,增加内核函数并发次数,减少分支语句等,从而优化了并行速度。3)在子像素搜索过程中充分利用编码单元的层次划分进行并行化设计,对每层编码单元进行预测模式循环,并继承整像素搜索过程的优化方案进行算法优化。实验仿真表明,进行优化后的AVS2视频编码在相比较在CPU端的运行速度加速性能上有明显提升,本文优化方案有一定的研究意义和实用价值。

关键词： AVS2视频编码标准 GPU CUDA 帧间运动估计并行处理

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基于H.264的网络视频服务器的应用研究

基于H.264的网络视频服务器的应用研究

作者：曾熙安徽理工大学

学位级别：硕士

视频监控系统作为一种科学的管理手段,在各行各业的应用越来越广泛,它集音视频编解码、计算机和通信于一体,随着互联网时代的到来,网络数字化的视频监控已成为一种趋势,相应的对于视频监控系统中的核心——视频服务器的研究设计也正成... 详细信息

视频监控系统作为一种科学的管理手段,在各行各业的应用越来越广泛,它集音视频编解码、计算机和通信于一体,随着互联网时代的到来,网络数字化的视频监控已成为一种趋势,相应的对于视频监控系统中的核心——视频服务器的研究设计也正成为热点。服务器研究的关键之一是算法,本文认真分析了当前国内外视频编码标准的现状,对比MPEG1/2/4和H.261/3/4的优缺点,选择了H.264压缩标准作为视频服务器的核心编码技术,该标准具有高压缩比、低码率、低延时和网络适应性强等特点,非常适合用于网络视频监控中。根据硬件设计要求,对耗时最多的宏块模式选择和帧间运动估计部分提出了基于多分辨率、多参考帧和六边形搜索法结合的新算法——MFMRME-HS,通过实验得出在与全搜索法和混合六边形搜索法获得相似的图像峰值信噪比和比特率的情况下,运动估计时间是二者的几倍,大大降低了编码复杂度,提高了编码效率。采用TI公司推出的DM642作为视频服务器的核心处理器,根据需要丰富外设接口,构成一个完整视频服务器的硬件系统,并结合硬件特性和CCS软件优势,通过程序代码调整、指令优化、存储器分配等一系列优化策略,把编码器成功移植到DM642上,最后通过与PC机客户端的网络连接进行测试,基本能构成一个简单的网络监控系统。基于H.264压缩编码的DM642视频服务器可实现同时采集两路视频、一路音频以及网络传输的功能,移植后的编码器能满足QCIF图像实时编码和静止场景实时监控的要求,有效降低了成本,且易于代码升级和软件维护,具有较高的实用性,易于推广。图[34]表[10]参[56]

关键词： H.264 帧间运动估计 MFMRME-HS DM642 优化策略视频监控

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2.5维数字图像序列稳定方法

计算机学报 1998年第S1期21卷 277-284页

作者：杨雨东徐光祐朱志刚清华大学计算机科学与技术系北京100084

本文提出了采用2．5维帧间运动估计和以惯性运动模型为基础的运动滤波器新方案结合的数字图像稳定方法．具体的快速算法实现中集成了多分辨率金字塔图像运动匹配和仿射变换图像矫正，可以快速准确地消除图像序列中由于摄像机载体运动不... 详细信息

本文提出了采用2．5维帧间运动估计和以惯性运动模型为基础的运动滤波器新方案结合的数字图像稳定方法．具体的快速算法实现中集成了多分辨率金字塔图像运动匹配和仿射变换图像矫正，可以快速准确地消除图像序列中由于摄像机载体运动不平稳造成的抖动．实验结果表明，这个算法在仅仅使用通用低档个人计算机时达到的指标与已有算法在专用并行图像处理机上所达到的相当．

关键词：视频图像序列稳定帧间运动估计运动滤波惯性模型

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足球

体育科技文献通报 1998年第11期6卷 40-41页

G843.145.3,G804.53 9804355对我国青少年足球运动员运动损伤的调查与分析[刊,中,A]/杨毅//上海体育学院学报.-1997.-21(增刊).-100-201,211表3(MYL)

关键词：青少年足球运动员体育学院学报运动损伤第八届全运会帧间运动估计增刊上海体育学院调研决赛技术分析

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2.5 维帧间运动估计方法

清华大学学报（自然科学版） 1997年第9期37卷 78-81页

作者：杨雨东徐光朱志刚清华大学计算机科学与技术系

图象点深度变化对常用的基于仿射模型的帧间运动估计方法精度影响比较大。针对这种问题，引入了特征点深度相关参数，得到一种基于２．５维模型的帧间运动估计方法。在应用于视频图象序列稳定问题时，数值实验结果证明在图象中景深变化... 详细信息

图象点深度变化对常用的基于仿射模型的帧间运动估计方法精度影响比较大。针对这种问题，引入了特征点深度相关参数，得到一种基于２．５维模型的帧间运动估计方法。在应用于视频图象序列稳定问题时，数值实验结果证明在图象中景深变化较大的情况下，这种新方法估计的参数比基于纯仿射模型的方法准确，同时还可以得到对图象点相对深度信息（磁撞时间）的粗略估计，而计算量增加很少。

关键词：视频图象序列帧间运动估计仿射变换图象处理