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基于改进的LSD线特征提取算法研究

现代计算机 2024年第6期30卷 69-72页

作者：谭帅奇孙皓李健铭重庆工商职业学院电子信息工程学院重庆401520 重庆理工大学管理学院重庆400054

基于LSD直线段检测算法可能导致直线提取碎片化的问题,提出了改进的LSD线特征检测算法,根据角度和距离对直线进行筛选,解决了直线提取碎片化问题,采用LBD(line band discriptor)描述相邻帧图像之间的线特征相似度,提高了视觉SLAM位姿优... 详细信息

基于LSD直线段检测算法可能导致直线提取碎片化的问题,提出了改进的LSD线特征检测算法,根据角度和距离对直线进行筛选,解决了直线提取碎片化问题,采用LBD(line band discriptor)描述相邻帧图像之间的线特征相似度,提高了视觉SLAM位姿优化的计算效率,在公开数据集上对LSD算法与改进后的算法进行对比实验。结果表明,改进后的LSD在匹配精度上提升了27.8%。

关键词：视觉SLAM LSD-SLAM 线特征

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城市实景模型结构化线面特征重构方法

同济大学学报（自然科学版） 2024年第1期52卷 130-136页

作者：梅熙王义曲英杰邓非中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031 武汉大学测绘学院湖北武汉430072

为了改善城市实景模型边缘模糊,提出了一种曲率引导的结构化线面特征重构方法。根据曲率特征将网格分割为平面、可展凹、可展凸以及不可展曲面4类,在平面分割结果内提取平面,在可展凹和可展凸分割结果内提取直线,对过度弯曲的不可展区... 详细信息

为了改善城市实景模型边缘模糊,提出了一种曲率引导的结构化线面特征重构方法。根据曲率特征将网格分割为平面、可展凹、可展凸以及不可展曲面4类,在平面分割结果内提取平面,在可展凹和可展凸分割结果内提取直线,对过度弯曲的不可展区域进行保留,最终形成包含几何特征的复合网格模型。结果表明,结合曲率信息预先设置几何特征的潜在范围,使得结构化线面特征更可靠,同时保证城市实景中复杂的树结构不被错误地提取为平面。

关键词：实景三维模型三维重建网格线特征面特征马尔科夫随机场(MRF) 简化

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基于点线的视觉惯性导航系统初始化方法

中国惯性技术学报 2024年第5期32卷 463-467页

作者：吴建峰程向红微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室南京210096 东南大学仪器科学与工程学院南京210096

视觉惯性导航系统在初始化阶段解算出系统初始位姿、惯性测量单元(IMU)零偏以及单目尺度因子,能极大程度上保证系统收敛。为解决视觉惯性导航系统在点特征缺失环境下初始化效果差甚至失败的问题,提出了一种基于点线的视觉惯性导航系统... 详细信息

视觉惯性导航系统在初始化阶段解算出系统初始位姿、惯性测量单元(IMU)零偏以及单目尺度因子,能极大程度上保证系统收敛。为解决视觉惯性导航系统在点特征缺失环境下初始化效果差甚至失败的问题,提出了一种基于点线的视觉惯性导航系统初始化方法。首先,通过几何方法在滑动窗口内构造了一个基于点线的结构,该结构相比于点结构具有更丰富的先验信息;其次,使用从运动中恢复结构(Sf M)的方法,恢复点线结构的运动状态;最后,以松组合的形式对齐结构的运动状态以及IMU预积分结果,求解出IMU零偏、重力加速度、速度和尺度因子等初始量。实验结果表明:在点特征缺失的公共数据集上,相较于基于点特征的初始化方法,所提方法的均方根定位误差减少6%,初始误差显著降低,同时具有更好的建图结果。

关键词：视觉惯性导航系统线特征初始化

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语义线特征辅助的动态SLAM

计算机应用研究 2023年第5期40卷 1583-1588页

作者：陈帅周非吴凯重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065

动态环境干扰是视觉同时定位与地图构建(SLAM)领域内一个亟待解决的问题,场景中的运动对象会严重影响系统定位精度。结合语义信息和几何约束更强的线特征辅助基于传统ORB特征的SLAM系统来解决动态SLAM问题。首先采用深度学习领域的优秀... 详细信息

动态环境干扰是视觉同时定位与地图构建(SLAM)领域内一个亟待解决的问题,场景中的运动对象会严重影响系统定位精度。结合语义信息和几何约束更强的线特征辅助基于传统ORB特征的SLAM系统来解决动态SLAM问题。首先采用深度学习领域的优秀成果SOLOv2作为场景分割网络,并赋予线特征语义信息;完成物体跟踪和静态区域初始化后,使用mask金字塔提取并分类特征点;再使用极线约束完成动态物体上点线特征的剔除;最后融合静态点线特征完成位姿的精确估计。在TUM动态数据集上的实验表明,所提出的系统比ORB-SLAM3的位姿估计精度提高了72.20%,比DynaSLAM提高了20.42%,即使与近年来同领域内的优秀成果相比也有较好的精度表现。

关键词：同时定位与地图构建动态环境实例分割 SOLOv2 线特征

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面向RGB-D图像的多层特征提取算法综述

中国图象图形学报 2024年第5期29卷 1346-1363页

作者：李洋吴晓群北京工商大学计算机学院北京100048 食品安全大数据技术北京市重点实验室北京100048

RGB-D图像包含丰富的多层特征,如底层的线特征、平面特征,高层的语义特征,面向RGB-D图像的多层特征提取结果可以作为先验知识提升室内场景重建、SLAM(simultaneous localization and mapping)等多种任务的输出质量,是计算机图形学领域... 详细信息

RGB-D图像包含丰富的多层特征,如底层的线特征、平面特征,高层的语义特征,面向RGB-D图像的多层特征提取结果可以作为先验知识提升室内场景重建、SLAM(simultaneous localization and mapping)等多种任务的输出质量,是计算机图形学领域的热点研究内容之一。传统的多层特征提取算法一般利用RGB图像中丰富的颜色、纹理信息以及深度图像中的几何信息提取多层特征,此类提取算法依赖输入RGB-D图像的质量,而受采集过程中环境和人为因素的影响,很难得到高质量的RGB-D图像。随着深度学习技术的快速发展,基于深度学习的多层特征提取算法突破了这一限制,涌现出一批高质量的研究成果。本文对面向RGB-D图像的多层特征提取算法进行综述。首先,汇总了现有的常用于多层特征提取任务的RGB-D数据集和相关算法的质量评价指标。然后,按照特征所处的不同层次,依次对线、平面和语义特征相关算法进行了总结。此外,本文还对各算法的优缺点进行比较并结合常用算法质量评价标准进行了定量分析。最后,讨论了当前多层特征提取算法亟待解决的问题并展望了未来发展的趋势。

关键词： RGB-D图像多层特征线特征平面特征语义特征特征提取

YGL-SLAM：动态场景下基于点和线的语义SLAM系统

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计算机工程 2024年

作者：戴康佳徐慧英朱信忠李悉钰黄晓陈国强张志雄浙江航天润博测控技术有限公司浙江师范大学计算机科学与技术学院浙江师范大学教育学院浙江工商大学计算机科学与技术学院

传统的视觉SLAM系统基于静态环境这一假设，然而现实场景往往存在动态物体，这可能导致SLAM位姿估计和地图构建的精度下降、鲁棒性变差，甚至出现跟踪丢失的情况。针对这个问题，本文基于ORB-SLAM2提出了新的语义SLAM系统，名为YGL-SLA... 详细信息

传统的视觉SLAM系统基于静态环境这一假设，然而现实场景往往存在动态物体，这可能导致SLAM位姿估计和地图构建的精度下降、鲁棒性变差，甚至出现跟踪丢失的情况。针对这个问题，本文基于ORB-SLAM2提出了新的语义SLAM系统，名为YGL-SLAM。该系统首先使用轻量级目标检测算法YOLOv8n追踪动态对象，获得动态对象的语义信息。随后，在跟踪线程同时提取点特征和线特征，根据获取的语义信息利用Z-score和对极几何算法剔除动态特征，以改进SLAM在动态场景中的表现。此外，鉴于轻量级目标检测算法在追踪动态对象时存在连续帧的漏检测问题，本文设计了基于相邻帧的检测补偿方法。通过在公开数据集TUM和Bonn上进行测试，YGL-SLAM相比ORB-SLAM2提升超过90%，对比其他动态SLAM，YGL-SLAM也具有更高的准确度和鲁棒性。

关键词：动态场景语义SLAM 线特征深度学习 YGL-SLAM

融合视觉线特征的激光SLAM算法研究及应用

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融合视觉线特征的激光SLAM算法研究及应用

作者：涂慕权华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

即时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)是使移动机器人能够感知自身位置并实现安全导航的关键技术。由于机器人面临的环境复杂度越来越高,研究如何通过多源传感器信息来提取更高层次的环境特征,并实现能够有... 详细信息

即时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)是使移动机器人能够感知自身位置并实现安全导航的关键技术。由于机器人面临的环境复杂度越来越高,研究如何通过多源传感器信息来提取更高层次的环境特征,并实现能够有效运行的多传感器融合SLAM算法,对推动机器人智能化发展有着重要意义。为了让机器人能够更好的理解环境、提升二维激光SLAM算法的定位精度与闭环性能,本文设计并实现了一种融合视觉线特征的激光SLAM算法。主要研究内容包括:(1)针对视觉与激光雷达融合SLAM现状进行综述,分析传感器的测量原理,并建立各传感器的数学模型,通过标定实验完成了模型参数的辨识,为后续的位姿融合提供理论依据。(2)构建了一个提供线特征位姿约束的视觉子系统。针对移动机器人视角受限,线特征平面构建法效果不佳的问题,采用端点法构建空间直线,并提出一种从深度图中获取线特征初始深度的加权线拟合关联算法。通过建立线特征重投影误差模型与滑动窗口优化策略,为后端位姿融合提供了良好的视觉约束。(3)设计并建立了一种引入视觉线特征的激光融合定位建图算法。为解决传感器非线性维度退化问题,引入退化因子,优化时只进行非退化方向上的更新。在系统后端,建立了位姿融合的图优化框架,通过最小化视觉与激光的联合误差,使本文算法的定位精度与建图效果得到了有效提升。(4)针对二维激光SLAM算法在退化场景与动态变化环境下,累积误差大、闭环效果不佳的问题,提出利用加权线拟合算法提取激光线特征,构建基于线特征的子地图,通过判断线特征子地图之间的特征是否存在几何与外观一致,加强了 SLAM算法的闭环检测能力。(5)在OpenLORIS数据集多种复杂环境下对算法的定位精度、建图效果以及闭环能力进行综合测试评估。结果表明,所提算法的定位精度以及在复杂环境下的闭环检测能力得到了有效提升。最后通过搭建机器人实验平台,在真实应用场景中验证了算法具有有效性与实用性。

关键词：激光SLAM 视觉SLAM 深度相机线特征多传感器融合闭环检测

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联合地物轮廓线的三维重建算法研究

测绘科学 2024年第1期49卷 97-105页

作者：宫志群许锋杨世廷张栋樑胡润田袁婷中国建设基础设施有限公司北京100029 广州市城市规划勘测设计研究院广州510060 滴图(北京)科技有限公司北京100089

针对现有三维重建研究中对线特征利用不充分,重建精度低的问题,提出了一种联合地物轮廓线的三维重建算法。利用BDCN模型和相应预处理算法,提取出二维影像上的边缘轮廓线;基于对极几何原理的核线引导和三角测量原理,建立线段的初始匹配假... 详细信息

针对现有三维重建研究中对线特征利用不充分,重建精度低的问题,提出了一种联合地物轮廓线的三维重建算法。利用BDCN模型和相应预处理算法,提取出二维影像上的边缘轮廓线;基于对极几何原理的核线引导和三角测量原理,建立线段的初始匹配假设;通过相似性计算和图聚类算法重建出三维轮廓线模型结果;将结果应用于三维网格模型的优化。使用Building-Imagery-P36和DTU MVS数据集对本文算法进行验证,结果表明:本文方法提取出的轮廓线段精简而完整。相比经典的Line3D++算法,MAE和标准差值平均降低了0.321、0.699,重建时间平均降低了58%,精度和效率都有明显提升。附加三维轮廓线约束后,生成的网格模型视觉效果更佳,细节信息更为丰富。

关键词：三维重建线特征网格优化图论深度学习轮廓提取

基于线特征的无人机自主着陆惯性/视觉导航方法

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中国惯性技术学报 2021年第4期29卷 437-442页

作者：李洪王大元明丽童栎北京自动化控制设备研究所北京100074 陆军装备部航空军事代表局驻北京地区航空军事代表室北京100012

卫星拒止条件下无人机与着陆场站之间的相对位置与姿态测量技术是无人机安全回收、重复使用的关键。惯性/视觉导航方法综合了惯性导航、视觉测量的优势,同时克服了惯性误差发散,视觉测量盲区等问题。针对无人机着陆过程中点特征提取精... 详细信息

卫星拒止条件下无人机与着陆场站之间的相对位置与姿态测量技术是无人机安全回收、重复使用的关键。惯性/视觉导航方法综合了惯性导航、视觉测量的优势,同时克服了惯性误差发散,视觉测量盲区等问题。针对无人机着陆过程中点特征提取精度易受天气、飞行距离和高度等因素影响的问题,提出了一种基于线特征的无人机自主着陆惯性/视觉导航方法。通过识别机场跑道左右边线与中线,计算由这三条平行线确定的消隐点及消隐线方程,建立基于线特征的视觉相对测量模型,通过坐标系间的转换关系解算无人机在机场坐标系下的位姿,并与惯性导航结果进行数据融合,引导无人机安全着陆。经机载飞行试验验证,所提方法中无人机着陆垂向精度可达10 m,侧向精度达5 m,结果表明了所提方法的有效性。

关键词：无人机自主着陆惯性/视觉导航线特征