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基于图优化的GNSS/双目视觉/惯性SLAM系统开发及应用
1
作者
夏琳琳
宋梓维
+1 位作者
方亮
孙伍虹志
《中国惯性技术学报》
EI
CSCD
北大核心
2024年第5期475-483,共9页
为提高机器人室外长航时定位精度,提出一种基于图优化的全球导航卫星系统(GNSS)/双目视觉/惯性同时定位与建图(SLAM)系统开发及应用。将空间中的线特征作为几何约束的补充,集成至前端的特征提取及后端的位姿优化线程,提升位姿解算精度...
为提高机器人室外长航时定位精度,提出一种基于图优化的全球导航卫星系统(GNSS)/双目视觉/惯性同时定位与建图(SLAM)系统开发及应用。将空间中的线特征作为几何约束的补充,集成至前端的特征提取及后端的位姿优化线程,提升位姿解算精度。同时,以因子图构建联合优化的图结构,并推导出全局观测误差模型。近200 m的BullDog-CX机器人巡检结果表明,所提算法相比于VINSFusion和PL-VINS分别取得约12.6%及3.4%的定位精度提升,为室外机器人长航时导航提供了一种可行方案。
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关键词
gnss/双目视觉/惯性slam系统
图优化
线特征约束
全局观测
多传感器融合
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职称材料
一种基于线特征约束的无人机双目视觉SLAM算法
2
作者
金凌云
王从庆
李宏光
《电光与控制》
CSCD
北大核心
2024年第4期1-5,共5页
为了解决点特征SLAM算法在低纹理环境中精度下降的问题,提出了一种基于线特征约束的无人机双目视觉SLAM算法。首先,将双目相机观测线特征分为单目相机在两帧下观测、双目相机在两帧下观测、双目相机在一帧下观测3种情况;然后,计算了3种...
为了解决点特征SLAM算法在低纹理环境中精度下降的问题,提出了一种基于线特征约束的无人机双目视觉SLAM算法。首先,将双目相机观测线特征分为单目相机在两帧下观测、双目相机在两帧下观测、双目相机在一帧下观测3种情况;然后,计算了3种情况下的残差块和雅可比矩阵;最后,利用所提线特征约束改进了VINS-Fusion算法。在EuRoC数据集上进行实验验证,结果表明提出的算法在数据集半数以上的场景中都有良好的表现,相较于改进前的VINS-Fusion算法定位精度平均提升13.2%。
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关键词
slam
视觉
惯性
里程计
双目
线特征
非线性优化
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职称材料
直接法和共视图优化的视觉惯性SLAM系统研究
被引量:
1
3
作者
张有全
祁宇明
+2 位作者
邓三鹏
孙建康
王帅
《自动化与仪器仪表》
2022年第5期197-203,共7页
视觉SLAM系统在相机快速旋转或光照频繁变化时,极易跟踪丢失。为此,提出一种基于直接法和共视图优化的紧耦合视觉惯性SLAM系统,融合IMU信息提高系统的鲁棒性,采用直接法前端提高系统的实时性,共视图优化后端提高系统的定位精度。该系统...
视觉SLAM系统在相机快速旋转或光照频繁变化时,极易跟踪丢失。为此,提出一种基于直接法和共视图优化的紧耦合视觉惯性SLAM系统,融合IMU信息提高系统的鲁棒性,采用直接法前端提高系统的实时性,共视图优化后端提高系统的定位精度。该系统由前端和后端以及回环检测三个模块组成。跟踪线程利用IMU信息和基于稀疏图像对齐的直接法进行初始位姿估计;后端采用共视图的方法,以当前帧的二级相邻共视关键帧范围为局部优化窗口,利用光束平差法(Bundle Adjustment,BA)对系统状态变量进行优化;另外,仅对关键帧提取ORB特征点,并计算描述子信息供回环检测使用。在TUM VI数据集上的实验证明,与ORB-SLAM3和VINS-mono相比,该算法提高了系统的定位精度,且位姿估计速度提高了50%以上,在一帧完整跟踪任务中,比VINS-mono实时性提高了26%。
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关键词
视觉
惯性
slam
系统
紧耦合
直接法前端
共视图
原文传递
基于点线特征融合的双目惯性SLAM算法
被引量:
19
4
作者
赵良玉
金瑞
+1 位作者
朱叶青
高凤杰
《航空学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第3期355-369,共15页
针对室内弱纹理场景下,基于点特征的SLAM算法难以追踪足够多的有效特征点,导致系统定位精度和鲁棒性较差,甚至完全失效的问题,提出一种基于点线特征并融合惯性测量单元(IMU)的双目视觉惯性SLAM算法。利用点线特征的互补优势来提高数据...
针对室内弱纹理场景下,基于点特征的SLAM算法难以追踪足够多的有效特征点,导致系统定位精度和鲁棒性较差,甚至完全失效的问题,提出一种基于点线特征并融合惯性测量单元(IMU)的双目视觉惯性SLAM算法。利用点线特征的互补优势来提高数据关联的准确性,同时引入IMU数据为视觉定位算法提供先验和尺度信息,通过联合最小化多残差函数得到更准确的相机位姿,并据此构建环境点线特征地图、稠密地图和导航地图。针对传统线特征提取算法在复杂场景下易检测到大量短线段和相似线段特征以及线段存在过分割等弊端,利用线段长度抑制、近线合并及断线拼接策略在FLD算法的基础上进行改进,以降低线特征的误匹配率,运行速度是LSD算法的2倍以上。通过对比多组公开数据集和真实弱纹理场景下得到的仿真实验结果可知,所提算法在保证定位精度的同时能够获得更为丰富的环境地图,具备较好的鲁棒性。
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关键词
同时定位与地图构建
弱纹理环境
点线特征
双目
视觉
惯性
系统
断线拼接
原文传递
月面特征稀疏环境下的视觉惯性SLAM方法
被引量:
7
5
作者
谢洪乐
陈卫东
+1 位作者
范亚娴
王景川
《航空学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第1期298-308,共11页
月球车在执行科学探测任务过程中,其自身的高精度定位是一项亟需解决的关键问题。针对在特征稀疏的月面环境下的定位问题,提出一种视觉惯性融合的SLAM方法,将视觉测量与惯性传感器的信息利用位姿图优化方法融合,实现高精度的联合定位。...
月球车在执行科学探测任务过程中,其自身的高精度定位是一项亟需解决的关键问题。针对在特征稀疏的月面环境下的定位问题,提出一种视觉惯性融合的SLAM方法,将视觉测量与惯性传感器的信息利用位姿图优化方法融合,实现高精度的联合定位。针对特征稀疏环境下的前端视觉数据关联误差较大的问题,提出了一种基于四元树的光流跟踪算法,能够有效地跟踪鲁棒的特征点,提升了关键帧之间相对位姿估计的准确性。并且针对月面环境特有的恒星无穷远点干扰问题,提出一种高效的恒星点剔除算法,能够有效改善无穷远点导致的定位精度下降的问题。搭建了一套模拟月面环境的计算机仿真系统,并构建了多个月面环境视觉惯性SLAM仿真数据集,在不同的模拟月面场景下进行定位性能仿真验证,仿真测试结果表明本文算法的鲁棒性更强,具有更高的定位准确度。
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关键词
同时定位与地图构建(
slam
)
视觉
惯性
定位
系统
传感器融合
月面环境
月球车
原文传递
视觉—惯性导航定位技术研究进展
被引量:
10
6
作者
司书斌
赵大伟
+2 位作者
徐婉莹
张勇刚
戴斌
《中国图象图形学报》
CSCD
北大核心
2021年第6期1470-1482,共13页
视觉—惯性导航定位技术是一种利用视觉传感器和惯性传感器实现载体的自定位和周围环境感知的无源导航定位方式,可以在全球定位系统(global positioning system,GPS)拒止环境下实现载体6自由度位姿估计。视觉和低精度惯性传感器具有体...
视觉—惯性导航定位技术是一种利用视觉传感器和惯性传感器实现载体的自定位和周围环境感知的无源导航定位方式,可以在全球定位系统(global positioning system,GPS)拒止环境下实现载体6自由度位姿估计。视觉和低精度惯性传感器具有体积小和价格低的优势,得益于二者在导航定位任务中的互补特性,视觉—惯性导航系统(visual inertial navigation system,VINS)引起了极大关注,在移动端的虚拟现实(virtual reality,VR)、增强现实(augmented reality,AR)以及无人系统的自主导航任务中发挥了重要作用,具有重要的理论研究价值和实际应用需求。本文介绍视觉—惯性导航系统,总结概括该系统中初始化、视觉前端处理、状态估计、地图的构建与维护以及信息融合等关键技术的研究进展。对非理想环境下及基于学习方法的视觉—惯性导航定位算法等热点问题进行综述,总结用于算法评测的方法及标准数据集,阐述该技术在实际应用中所面临的主要问题,并针对这些问题对该领域未来的发展趋势进行展望。
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关键词
视觉
—
惯性
导航
系统
(VINS)
同步定位与建图(
slam
)
信息融合
状态估计
深度学习
原文传递
题名
基于图优化的GNSS/双目视觉/惯性SLAM系统开发及应用
1
作者
夏琳琳
宋梓维
方亮
孙伍虹志
机构
东北电力大学自动化工程学院
吉林化工学院信息与控制工程学院
出处
《中国惯性技术学报》
EI
CSCD
北大核心
2024年第5期475-483,共9页
基金
吉林省科技厅自然科学基金(20220101240JC)。
文摘
为提高机器人室外长航时定位精度,提出一种基于图优化的全球导航卫星系统(GNSS)/双目视觉/惯性同时定位与建图(SLAM)系统开发及应用。将空间中的线特征作为几何约束的补充,集成至前端的特征提取及后端的位姿优化线程,提升位姿解算精度。同时,以因子图构建联合优化的图结构,并推导出全局观测误差模型。近200 m的BullDog-CX机器人巡检结果表明,所提算法相比于VINSFusion和PL-VINS分别取得约12.6%及3.4%的定位精度提升,为室外机器人长航时导航提供了一种可行方案。
关键词
gnss/双目视觉/惯性slam系统
图优化
线特征约束
全局观测
多传感器融合
Keywords
gnss/
stereo visual/inertial
slam
system
graph optimization
line feature constraint
global observation
multi-sensor fusion
分类号
U666.1 [交通运输工程—船舶及航道工程]
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职称材料
题名
一种基于线特征约束的无人机双目视觉SLAM算法
2
作者
金凌云
王从庆
李宏光
机构
南京航空航天大学自动化学院
出处
《电光与控制》
CSCD
北大核心
2024年第4期1-5,共5页
基金
中国高校产学研创新基金(2021ZYA08006)。
文摘
为了解决点特征SLAM算法在低纹理环境中精度下降的问题,提出了一种基于线特征约束的无人机双目视觉SLAM算法。首先,将双目相机观测线特征分为单目相机在两帧下观测、双目相机在两帧下观测、双目相机在一帧下观测3种情况;然后,计算了3种情况下的残差块和雅可比矩阵;最后,利用所提线特征约束改进了VINS-Fusion算法。在EuRoC数据集上进行实验验证,结果表明提出的算法在数据集半数以上的场景中都有良好的表现,相较于改进前的VINS-Fusion算法定位精度平均提升13.2%。
关键词
slam
视觉
惯性
里程计
双目
线特征
非线性优化
Keywords
slam
visual-inertial odometry
binocular line feature
nonlinear optimization
分类号
TP242.6 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
下载PDF
职称材料
题名
直接法和共视图优化的视觉惯性SLAM系统研究
被引量:
1
3
作者
张有全
祁宇明
邓三鹏
孙建康
王帅
机构
天津职业技术师范大学机器人及智能装备研究院
天津市智能机器人技术及应用企业重点实验室
出处
《自动化与仪器仪表》
2022年第5期197-203,共7页
基金
天津市科技军民融合重大专项(18ZXJMTG00160)
全国职业院校教师教学创新团队建设体系化课题研究项目(TX20200104)。
文摘
视觉SLAM系统在相机快速旋转或光照频繁变化时,极易跟踪丢失。为此,提出一种基于直接法和共视图优化的紧耦合视觉惯性SLAM系统,融合IMU信息提高系统的鲁棒性,采用直接法前端提高系统的实时性,共视图优化后端提高系统的定位精度。该系统由前端和后端以及回环检测三个模块组成。跟踪线程利用IMU信息和基于稀疏图像对齐的直接法进行初始位姿估计;后端采用共视图的方法,以当前帧的二级相邻共视关键帧范围为局部优化窗口,利用光束平差法(Bundle Adjustment,BA)对系统状态变量进行优化;另外,仅对关键帧提取ORB特征点,并计算描述子信息供回环检测使用。在TUM VI数据集上的实验证明,与ORB-SLAM3和VINS-mono相比,该算法提高了系统的定位精度,且位姿估计速度提高了50%以上,在一帧完整跟踪任务中,比VINS-mono实时性提高了26%。
关键词
视觉
惯性
slam
系统
紧耦合
直接法前端
共视图
Keywords
visual inertial
slam
System
tightly coupled
direct method front end
covisibility graph
分类号
TP273 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
原文传递
题名
基于点线特征融合的双目惯性SLAM算法
被引量:
19
4
作者
赵良玉
金瑞
朱叶青
高凤杰
机构
北京理工大学宇航学院
海鹰航空通用装备有限责任公司
出处
《航空学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第3期355-369,共15页
基金
国家重点研发计划(2017YFC0806700)
国家自然科学基金(12072027,11532002)
高动态导航技术北京市重点实验室(HDN2021101)。
文摘
针对室内弱纹理场景下,基于点特征的SLAM算法难以追踪足够多的有效特征点,导致系统定位精度和鲁棒性较差,甚至完全失效的问题,提出一种基于点线特征并融合惯性测量单元(IMU)的双目视觉惯性SLAM算法。利用点线特征的互补优势来提高数据关联的准确性,同时引入IMU数据为视觉定位算法提供先验和尺度信息,通过联合最小化多残差函数得到更准确的相机位姿,并据此构建环境点线特征地图、稠密地图和导航地图。针对传统线特征提取算法在复杂场景下易检测到大量短线段和相似线段特征以及线段存在过分割等弊端,利用线段长度抑制、近线合并及断线拼接策略在FLD算法的基础上进行改进,以降低线特征的误匹配率,运行速度是LSD算法的2倍以上。通过对比多组公开数据集和真实弱纹理场景下得到的仿真实验结果可知,所提算法在保证定位精度的同时能够获得更为丰富的环境地图,具备较好的鲁棒性。
关键词
同时定位与地图构建
弱纹理环境
点线特征
双目
视觉
惯性
系统
断线拼接
Keywords
simultaneous localization and mapping
weakly textured environment
point and line feature
stereo visual-inertial system
chain short line segment
分类号
V249.3 [航空宇航科学与技术—飞行器设计]
原文传递
题名
月面特征稀疏环境下的视觉惯性SLAM方法
被引量:
7
5
作者
谢洪乐
陈卫东
范亚娴
王景川
机构
上海交通大学电子信息与电气工程学院自动化系
出处
《航空学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第1期298-308,共11页
基金
国家自然科学基金(U1813206,61573243)
载人航天预研项目(060601)。
文摘
月球车在执行科学探测任务过程中,其自身的高精度定位是一项亟需解决的关键问题。针对在特征稀疏的月面环境下的定位问题,提出一种视觉惯性融合的SLAM方法,将视觉测量与惯性传感器的信息利用位姿图优化方法融合,实现高精度的联合定位。针对特征稀疏环境下的前端视觉数据关联误差较大的问题,提出了一种基于四元树的光流跟踪算法,能够有效地跟踪鲁棒的特征点,提升了关键帧之间相对位姿估计的准确性。并且针对月面环境特有的恒星无穷远点干扰问题,提出一种高效的恒星点剔除算法,能够有效改善无穷远点导致的定位精度下降的问题。搭建了一套模拟月面环境的计算机仿真系统,并构建了多个月面环境视觉惯性SLAM仿真数据集,在不同的模拟月面场景下进行定位性能仿真验证,仿真测试结果表明本文算法的鲁棒性更强,具有更高的定位准确度。
关键词
同时定位与地图构建(
slam
)
视觉
惯性
定位
系统
传感器融合
月面环境
月球车
Keywords
Simultaneous Localization and Mapping(
slam
)
visual-inertial localization systems
sensor fusion
lunar surface environments
lunar rovers
分类号
V476.3 [航空宇航科学与技术—飞行器设计]
TP391 [自动化与计算机技术—计算机应用技术]
原文传递
题名
视觉—惯性导航定位技术研究进展
被引量:
10
6
作者
司书斌
赵大伟
徐婉莹
张勇刚
戴斌
机构
哈尔滨工程大学智能科学与工程学院
国防科技创新研究院
国防科技大学智能科学学院
出处
《中国图象图形学报》
CSCD
北大核心
2021年第6期1470-1482,共13页
基金
国家自然科学基金项目(61790565)。
文摘
视觉—惯性导航定位技术是一种利用视觉传感器和惯性传感器实现载体的自定位和周围环境感知的无源导航定位方式,可以在全球定位系统(global positioning system,GPS)拒止环境下实现载体6自由度位姿估计。视觉和低精度惯性传感器具有体积小和价格低的优势,得益于二者在导航定位任务中的互补特性,视觉—惯性导航系统(visual inertial navigation system,VINS)引起了极大关注,在移动端的虚拟现实(virtual reality,VR)、增强现实(augmented reality,AR)以及无人系统的自主导航任务中发挥了重要作用,具有重要的理论研究价值和实际应用需求。本文介绍视觉—惯性导航系统,总结概括该系统中初始化、视觉前端处理、状态估计、地图的构建与维护以及信息融合等关键技术的研究进展。对非理想环境下及基于学习方法的视觉—惯性导航定位算法等热点问题进行综述,总结用于算法评测的方法及标准数据集,阐述该技术在实际应用中所面临的主要问题,并针对这些问题对该领域未来的发展趋势进行展望。
关键词
视觉
—
惯性
导航
系统
(VINS)
同步定位与建图(
slam
)
信息融合
状态估计
深度学习
Keywords
visual-inertial navigation system(VINS)
simultaneous localization and mapping(
slam
)
information fusion
state estimation
deep learning
分类号
TP301.6 [自动化与计算机技术—计算机系统结构]
原文传递
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于图优化的GNSS/双目视觉/惯性SLAM系统开发及应用
夏琳琳
宋梓维
方亮
孙伍虹志
《中国惯性技术学报》
EI
CSCD
北大核心
2024
0
下载PDF
职称材料
2
一种基于线特征约束的无人机双目视觉SLAM算法
金凌云
王从庆
李宏光
《电光与控制》
CSCD
北大核心
2024
0
下载PDF
职称材料
3
直接法和共视图优化的视觉惯性SLAM系统研究
张有全
祁宇明
邓三鹏
孙建康
王帅
《自动化与仪器仪表》
2022
1
原文传递
4
基于点线特征融合的双目惯性SLAM算法
赵良玉
金瑞
朱叶青
高凤杰
《航空学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
19
原文传递
5
月面特征稀疏环境下的视觉惯性SLAM方法
谢洪乐
陈卫东
范亚娴
王景川
《航空学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021
7
原文传递
6
视觉—惯性导航定位技术研究进展
司书斌
赵大伟
徐婉莹
张勇刚
戴斌
《中国图象图形学报》
CSCD
北大核心
2021
10
原文传递
已选择
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