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面向城市道路场景的视觉语义同时定位与建图算法研究
| 论文题名： | 面向城市道路场景的视觉语义同时定位与建图算法研究 |
| 关键词： | 动态场景;运动检测;语义分割;重投影误差;城市道路场景 |
| 摘要： | 同时定位与建图是实现智能驾驶所需要解决的最基本的问题，它能够为路径规划提供位置和周围环境信息。目前大多数同时定位与建图算法都是基于环境是静态的强假设，视觉里程计很容易受运动物体干扰造成位姿漂移甚至丢失，建立的地图也会出现残影和变形。近些年，随着深度学习的高速发展，其实用性也越来越强，开始广泛地应用在很多领域，包括视觉同时定位与建图技术领域。本文以视觉传感器双目相机作为信息源，结合深度学习进行面向城市道路环境的研究，降低运动物体对位姿估计的影响并建立语义八叉树地图。 本文对ORB-SLAM2进行改造，添加语义分割线程以及稠密语义建图线程，并在跟踪线程中加入运动检测模块。本文算法一共有五个主线程，包括跟踪线程、语义分割线程、稠密语义建图线程、局部建图线程以及回环检测线程。 本文首先处理训练数据集，简化KITTI语义分割数据集训练数据的分类，接着将处理后的数据集作为ENet深度神经网络的输入训练ENet网络模型。网络模型收敛后，结束训练并将其加入语义分割线程中对主线程获取到的图像进行语义分割，得到语义标签图以及语义彩图。另外，根据先验知识将语义标签值分为动态属性物体标签值、静态属性物体标签值和无属性物体标签值三类。 接着在跟踪线程中根据特征点所对应的语义标签值对ORB特征点进行分类，使用筛选出的静态属性特征点计算位姿。得到位姿后，计算动态属性特征点的重投影误差，根据误差大小决定是否保留动态属性点。然后利用静态属性特征点以及保留的动态属性特征点对位姿进行优化。 在稠密语义建图部分首先利用SGM算法计算出双目视差图，接着利用一致性检测和中值滤波优化视差图。根据优化后的视差图、相机内参计算点的三维坐标，根据坐标信息与语义信息进行直通滤波建立初始语义点云地图。由于初始语义点云地图包含了错误信息以及大量冗余信息，所以对其进行了体素滤波以及统计滤波，得到了优化后的点云。接着将语义点云地图转化为语义八叉树地图进行表示并实时更新。 最后在KITTI数据集上进行实验，实验结果表明本文算法提高了原算法在存在大量动态物体、大尺度的城市道路场景中的准确性以及鲁棒性，并建立无运动物体、带有语义信息的语义八叉树地图。 |
| 作者： | 赵海龙 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 刘涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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