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基于改进orb-slam2算法的动态特征点剔除

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天津农学院学报 2024年第1期31卷 88-94页

作者：周晓睿杨磊娄莉娟宋欣陈江涛天津农学院工程技术学院天津300392

随着slam系统的不断发展,人们对定位服务的要求越来越高,提高定位精度是一直以来不断研究的课题。为了能以更高定位精度的方式来获取图像中的语义信息,本文首先通过对比One stage算法中的网络模型选用了YOLOV5网络模型对目标物体进行检... 详细信息

随着slam系统的不断发展,人们对定位服务的要求越来越高,提高定位精度是一直以来不断研究的课题。为了能以更高定位精度的方式来获取图像中的语义信息,本文首先通过对比One stage算法中的网络模型选用了YOLOV5网络模型对目标物体进行检测和识别,提出一种基于动态区域内剔除动态特征点的slam算法,利用训练的网络提取图像中语义信息并对动态目标特征点进行剔除,在公开TUM数据集上进行验证,通过对比真实轨迹和本文算法的估计轨迹来进行误差分析。试验结果表明,本文提出的改进算法相对位移误差的均方根误差减小了97.83%,相对旋转误差的均平方根误差减小了96.80%。

关键词： orb-slam2 目标检测语义信息 slam系统动态区域

基于自适应阈值orb特征提取的果园双目稠密地图构建

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农业机械学报 2024年第6期55卷 42-51,59页

作者：薛金林褚阳阳宋悦温瑜张田煜南京农业大学工学院南京210031

针对果园阴暗光照条件下图像特征点匹配数量少、易丢失以及点云稀疏问题,对orb-slam2算法进行了改进,提出了基于自适应阈值orb特征点提取的果园双目三维地图稠密建图算法。首先在跟踪线程中提出一种自适应阈值的FAST角点提取方法,通过... 详细信息

针对果园阴暗光照条件下图像特征点匹配数量少、易丢失以及点云稀疏问题,对orb-slam2算法进行了改进,提出了基于自适应阈值orb特征点提取的果园双目三维地图稠密建图算法。首先在跟踪线程中提出一种自适应阈值的FAST角点提取方法,通过计算不同光照下图像平均像素求解阈值,对左右目图像提取orb特征,增加了不同光照条件下的特征点匹配数量;然后根据特征点估计相机位姿完成局部地图跟踪,对跟踪线程产生的关键帧地图点进行BA优化完成局部地图构建。在原有算法基础上添加了基于ZED-stereo型相机双目深度融合的稠密建图模块,对左右目关键帧进行特征匹配获得图像对,利用图像对求解深度信息获取地图点,经过深度优化获取相机位姿,根据相机位姿进行局部点云的构建与拼接,最终对获得的点云地图进行全局BA优化,构建果园三维稠密地图。在KITTI数据集序列上进行测试,本文所改进的orb-slam2算法的绝对轨迹误差更加收敛,轨迹误差标准差在00和07序列分别下降60.5%和62.6%,在其他序列上也有不同程度下降,表明本文算法定位精度较原始算法有所提高。不同光照环境下进行算法性能测试,结果表明本文算法较原始算法能更好地适应不同光照条件,在较强光照、正常光照、偏弱光照和阴雨天气下特征点平均匹配数量增加5.32%、4.53%、8.93%、12.91%。进行果园直线和稠密建图试验,结果表明直线行驶偏航角更加收敛,定位精确度高,关键帧提取数量较原始算法下降2.86%、平均跟踪时间减少39.3%;稠密建图效果好,能够很好地反映机器人位姿和果园真实环境信息,满足果园三维稠密点云地图构建需求,可为果园机器人导航路径规划提供支持。

关键词：果园稠密建图自适应阈值特征提取 orb-slam2 双目相机

基于改进关键帧选择的orb-slam2算法

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北京航空航天大学学报 2023年第1期49卷 45-52页

作者：张洪于源卓邱晓天江南大学机械工程学院无锡214122 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室无锡214122

针对同时定位与建图(slam)算法精度不高且跟踪易失败的问题,提出了一种改进关键帧选择的orb-slam2算法。通过orb-slam2算法计算帧间相对位姿;在原有算法的基础上,增加旋转与平移量作为判定依据,决定是否创建新关键帧;针对移动机器人所... 详细信息

针对同时定位与建图(slam)算法精度不高且跟踪易失败的问题,提出了一种改进关键帧选择的orb-slam2算法。通过orb-slam2算法计算帧间相对位姿;在原有算法的基础上,增加旋转与平移量作为判定依据,决定是否创建新关键帧;针对移动机器人所安装的相机与机器人产生相对运动引发误拍摄,导致劣质关键帧生成的问题,设计了劣质关键帧剔除算法;基于RGB-D数据集与自主研发的移动机器人进行了实验验证。实验结果表明:改进的关键帧选择算法能够准确及时地选择关键帧,最优情况下定位误差约为原误差的51.9%,有效消除了相机与机器人之间相对运动产生的影响,直线误差仅为原误差的82.1%。改进算法能够有效提高定位精度,减少跟踪失败。

关键词：移动机器人 orb-slam2 关键帧选择劣质关键帧剔除定位精度

基于改进orb-slam2的果园喷药机器人定位与稠密建图算法

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农业机械学报 2023年第7期54卷 45-55页

作者：丛佩超崔利营万现全李佳星刘俊杰张欣广西科技大学机械与汽车工程学院柳州545616

针对果园喷药机器人视觉导航过程中定位精度低、地图构建效果差等问题,本文提出一种新的视觉定位与稠密建图算法。该算法基于orb-slam2算法架构,首先,通过优化FAST角点、描述子阈值,并采取图像金字塔法与高斯滤波算法,剔除劣质orb特征点... 详细信息

针对果园喷药机器人视觉导航过程中定位精度低、地图构建效果差等问题,本文提出一种新的视觉定位与稠密建图算法。该算法基于orb-slam2算法架构,首先,通过优化FAST角点、描述子阈值,并采取图像金字塔法与高斯滤波算法,剔除劣质orb特征点,以提升图像关键帧质量和特征匹配精度。其次,引入稠密建图线程,利用点云恢复算法、统计滤波方法形成点云队列,采取点云拼接技术与体素滤波算法输出稠密点云地图,并在orb-slam2算法的ROS节点中增加关键帧输出接口与位姿发布话题,通过NeedNewKeyFrame函数选取orb-slam2算法所生成的关键帧,减少系统计算量。最终,由RGB-D相机实现果园喷药机器人的精准定位与稠密建图。为验证本文算法的有效性与实用性,进行TUM数据集仿真分析与真实场景测试,结果表明:相较orb-slam2算法,本文算法的绝对轨迹平均误差降低44.01%、相对轨迹平均误差降低7.93%,orb特征点匹配数量平均提升19.03%,定位精度与运行轨迹效果均有显著提升,此外,还能获取较高精度的果园喷药机器人工作场景信息。本文算法可为果园喷药机器人的自主导航提供理论基础。

关键词：果园喷药机器人 orb-slam2 高斯滤波精准定位稠密建图

orb-slam2框架下基于算术编码的CVslam高效数据压缩

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太原理工大学学报 2023年第5期54卷 869-876页

作者：王迎港程兰尹家琪续欣莹张喆太原理工大学电气与动力工程学院太原030024

【目的】协同视觉同时定位与建图(CVslam)因其所需传感器成本低、可以获取丰富的环境信息,且具有快速性和灵活性的特点,在机器人领域引起了越来越多的研究者关注。而实现对图像信息的高效传输是提高CVslam建图效率需要解决的关键问题之... 详细信息

【目的】协同视觉同时定位与建图(CVslam)因其所需传感器成本低、可以获取丰富的环境信息,且具有快速性和灵活性的特点,在机器人领域引起了越来越多的研究者关注。而实现对图像信息的高效传输是提高CVslam建图效率需要解决的关键问题之一。在多机协同作业中,机器人之间的数据传输是其工作的重中之重,数据共享往往受到通信带宽的影响,所以研究高效的数据处理方法成为至关重要的环节。【方法】基于中心式协同orb-slam2框架,研究个体机器人向中心站进行数据传输问题,探索一种基于特征压缩的高效数据传输一般方法。特别地,研究了一种基于算术编码对orb特征进行差分编码并进行压缩传输的方法。该方法根据特征不同的编码模式评价其压缩后所需传输的数据量,并选择数据传输量最小的模式对特征进行编码。【结果】在不影响整体建图效果的前提下,所采用的方法明显降低了CVslam系统中数据传输过程中的数据量,同时缩短了数据传输时间。【结论】基于KITTI数据集的实验结果表明,基于压缩编码的通信方式可以有效降低数据传输量、提高传输速度,是提高CVslam通信效率的有效手段。

关键词：同时定位与地图构建特征编码 orb-slam2 算术编码

基于深度相机的orb-slam2在矿井救援空间构建应用

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东北师大学报（自然科学版） 2023年第2期55卷 89-98页

作者：贯怀光杨鹏吕文生王璟北京联合大学北京市信息服务工程重点实验室北京100101 北京联合大学城市轨道交通与物流学院北京100101 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

矿井在发生安全事故时,由于井下空间条件不确定,救援人员很难到达矿井地下.为了解决这一问题,搭建可实现空间构建且能适应潮湿、粉尘等环境的小型轻量化矿井救援机器人,以获取矿井非现场物理空间信息.选择基于深度相机的orb-slam2作为... 详细信息

矿井在发生安全事故时,由于井下空间条件不确定,救援人员很难到达矿井地下.为了解决这一问题,搭建可实现空间构建且能适应潮湿、粉尘等环境的小型轻量化矿井救援机器人,以获取矿井非现场物理空间信息.选择基于深度相机的orb-slam2作为实时框架,框架由图像预处理、跟踪、局部建图、闭环组成.在图像预处理中,通过图像金字塔、灰度质心法实现orb特征的旋转和尺度不变性.在跟踪线程中,通过基于参考关键帧方法、恒速关键帧方法、重定位方法进行粗糙跟踪,再通过局部地图跟踪进行精确跟踪,估计关键帧的位姿姿态.在局部线程中,进行插入和剔除冗余关键帧,通过共视图方法生成更多的地图点.在闭环线程中,检测是否存在相同信息,通过sim3相似变换进行闭环校正.使用TUM数据集对算法进行仿真测试,采用EVO测试RMSE误差在0.004~0.043 m范围内,定位精度可达到厘米级.借助矿井救援机器人试验平台,利用结构光相机的orb-slam2的方法生成真实空间三维模型,对空间构建效果进行研究与应用,为矿山救援井下智能巡检装备提供方法.

关键词：矿井救援点云构建 orb-slam2 RGB-D 机器人

基于YOLOv7-mask和orb-slam2的语义八叉树地图构建

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机床与液压 2023年第23期51卷 86-91页

作者：林义忠谢震鹏广西大学机械工程学院广西南宁530000

针对传统视觉slam构建的地图不具有语义信息的问题,提出一种基于深度学习算法的八叉树地图构建方法。该方法采用YOLOv7-mask对图像进行实例分割,得到像素所属类别信息,生成语义灰度图,并结合orb-slam2,将新关键帧投影生成语义点云地图,... 详细信息

针对传统视觉slam构建的地图不具有语义信息的问题,提出一种基于深度学习算法的八叉树地图构建方法。该方法采用YOLOv7-mask对图像进行实例分割,得到像素所属类别信息,生成语义灰度图,并结合orb-slam2,将新关键帧投影生成语义点云地图,最终将语义点云地图转换成语义八叉树地图进行存储。通过搭建实验平台,构建了不同状况下实验室场景的语义八叉树地图,验证了所提方法的可行性。

关键词：深度学习 YOLOv7-mask orb-slam2 语义八叉树地图

改进orb特征提取算法的orb-slam2定位研究

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组合机床与自动化加工技术 2023年第11期 60-64页

作者：季莘翔王宇钢林一鸣辽宁工业大学机械工程与自动化学院锦州121001

针对orb(oriented fast and rotated brief)算法提取图片特征时存在的特征点分布不均匀问题,提出了一种改进的orb算法。通过密度峰值聚类算法计算四叉树分割后的各区域特征点密度峰值,并对密度峰值高的区域使用四叉树多次分割;同时在初... 详细信息

针对orb(oriented fast and rotated brief)算法提取图片特征时存在的特征点分布不均匀问题,提出了一种改进的orb算法。通过密度峰值聚类算法计算四叉树分割后的各区域特征点密度峰值,并对密度峰值高的区域使用四叉树多次分割;同时在初始阈值(iniThFAST)和最小阈值(minThFAST)中加入中间阈值(middleThFAST),提高特征点灰度值差值,减少冗余特征点提取,提高图片特征点均匀性。对特征点提取与匹配进行了实验验证,结果表明改进算法对比传统orb算法在均匀度和匹配效率方面均有明显提升。结合orb-slam2定位实验表明,改进算法的定位精度平均提高16.6%,每帧追踪时间平均减少12.4%,有效保证实际定位过程的精确性和实时性。

关键词：密度峰值聚类 orb算法特征提取 orb-slam2 定位精度

基于RGB-D的改进orb-slam2算法的室内稠密建图方法研究

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基于RGB-D的改进ORB-SLAM2算法的室内稠密建图方法研究

作者：唐清岭贵州大学

学位级别：硕士

同时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,slam)是实现真正全自主移动机器人的关键技术,可分为激光slam与视觉slam。视觉slam技术因具有成本低、信息丰富等特点而获得高校与企业的青睐。RGB-D相机的出现使得基于该传... 详细信息

同时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,slam)是实现真正全自主移动机器人的关键技术,可分为激光slam与视觉slam。视觉slam技术因具有成本低、信息丰富等特点而获得高校与企业的青睐。RGB-D相机的出现使得基于该传感器的视觉slam技术成为机器人智能化研究的热点。本文基于RGB-D相机改进orb-slam2系统对室内稠密建图算法进行研究,实现了一个更精确且应用更广泛的视觉slam系统。本文主要研究内容包括以下三个部分:(1)提出改进AKAZE(Accelerated KAZE)算法本文在orb-slam2系统中利用改进AKAZE算法替代orb(Oriented FAST and Rotated BRIEF)特征提取算法,提高特征点的质量。改进AKAZE使用AKAZE算法提取灰度图像的关键点、BRIEF(Binary Robust Independent Elementary Features)算法获得描述符,在使用BRIEF进行计算时,引入灰度质心法和卷积核函数,以增强描述符的鲁棒性。为验证该算法的有效性,本文对比了TUM数据集中的十五组数据,其中改进AKAZE算法的平均可重复率相比orb算法提高了0.3974。(2)提出改进高斯混合模型算法改进高斯混合模型算法的流程是在orb-slam2系统的两帧图像中,首先使用暴力匹配算法匹配改进AKAZE算法提取的特征点,然后使用伪色彩算法恢复灰度图的色彩信息,之后采用高斯混合模型分割图像中R通道的所有像素,最后保留相同分割区域中的特征点。本文将提出的改进AKAZE算法与改进高斯混合模型算法融合后,使用TUM数据集中的十五组数据进行验证,其平均匹配精确度相比orb算法提高了0.1867,证明该匹配方法可以更有效地用于后续视觉任务。(3)提出构建八叉树地图的新线程基于orb-slam2的新线程利用视觉里程计中获得的关键帧构建稠密点云地图,对该地图进行体素滤波后再将其转换成八叉树地图。八叉树地图有内存占用率低,易于维护与存储等优点,还可用于定位、导航、避障以及三维重建等领域。本文使用四种不同的数据集进行验证,改进后的orb-slam2系统在同时考虑平移与旋转的相对位姿误差计算中均方根误差平均减小了0.0037;经过体素滤波后,点云地图的点云数平均减少了2226429.75。

关键词： orb-slam2 AKAZE BRIEF 高斯混合模型八叉树地图