果园喷药机器人的单目视觉导航定位算法研究

Study on localization algorithm of monocular vision navigation for orchard spraying robot

自主定位是果园喷药机器人视觉导航的重要环节。针对果园喷药机器人视觉导航过程中定位精度低的问题,本研究提出一种基于ORB-SLAM2的单目视觉定位算法,通过优化图像ORB特征的提取策略,并使用灰度质心法及图像金字塔算法实现其尺度、旋转不变性,提高视觉里程计中特征点的提取、匹配精度,利用ORB-SLAM2中局部建图、回环检测及重定位模块优化位姿,实现果园喷药机器人精确定位。为验证本方法的有效性,利用TUM数据集对本研究算法进行仿真分析,将绝对轨迹误差平均值作为评价指标。结果表明,相较ORB-SLAM2算法,其平均误差降低15.06%,均方根误差平均下降16.44%。以此为基础,在模拟柑橘园环境进行实物验证,试验结果表明,本研究算法在直线、回环运动中均可实现有效定位,特征匹配数量平均提升18.18%,初始化时间在光照明、暗条件下分别为4.993、8.986 s,关键帧数量在2种条件下分别为67.2、64.2帧,综合性能优于原算法。因此,本研究优化后的视觉定位方法可为果园农药喷洒机器人实际工况下的导航定位提供理论和实践参考。