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基于特征点对的位姿估计方法研究
其他题名Research on Pose Estimation Methods Based on Feature Point Pairs
钟志光
学位类型工学博士
导师易建强
2005-12-20
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点中国科学院自动化研究所
学位专业控制理论与控制工程
关键词位姿估计 Pnp 外部参数标定 深度和运动估计 机器人定位 Pose Estimation Pnp Exterior Parameters Calibration Depth And Motion Estimation Mobile Robot Localization
摘要位姿估计问题本质上是如何确定两个参考坐标系之间的相对三维位置和方向,因而在移动机器人导航、操纵、装配以及其它领域如摄影测量学、跟踪、目标识别、相机标定等中有着非常重要的应用。本文基于单目视觉技术、以室内移动机器人为试验平台研究位姿估计问题并针对该问题中的机器人定位问题、PnP问题、相机外部参数标定问题以及深度和运动估计问题提出了一系列解决方法。这些方法的共同特点是:(1)都是以特征点对与相机之间的几何关系为依据得到的。(2)特征点对与相机之间没有位置关系的限制。(3)无需事先已知目标的形状或单个特征点的三维坐标,只需特征点对的相对三维信息。(4)都能得到闭式解,即使为了提高估计结果的准确性而进行非线性优化,其初始估计值也是由闭式解自行给出的。(5)除个别技术外,都是独立估计旋转参数和平移向量。下面是本文的主要内容: 第一章回顾了位姿估计问题的研究进展并给出了本文的研究目的与研究内容。 第二章介绍了与位姿估计相关的一些基础知识并以室内移动机器人定位为例给出了一种基于单目视和两个等高特征点的位姿估计方法。 第三章讨论如何基于单目视和三个特征点估计目标位姿。提出的方法既能在目标旋转较小时直接得到闭式解,也可以在旋转较大时以闭式解为初始值通过最小平方误差方法迭代求解旋转参数。 第四章针对相机外部参数标定这类应用提出了一种基于单目视和四个特征点的位姿估计方法。该方法既能用于标定单个相机,也能同时标定多个相机。 第五章提出了一种基于运动视和两个等高特征点的鲁棒的室内移动机器人定位算法。该技术能处理不能直接由射影关系定位的情形。 第六章提出了一种基于特征点对的新颖的深度估计算法。该算法能根据任意数目的特征点对估计特征点深度,而且对特征点的位置没有任何限制。根据这一算法,详细讨论了当相机只有平移、平移且小角度旋转以及平移且大角度旋转这三种情形的位姿估计问题。 第七章总结了本文提出的各种位姿估计方法并分析了未来的研究方向。
其他摘要The essence of pose estimation problem is how to determinate the relative position and orientation of two reference coordinate systems. The following are the main contents of the paper: The first chapter reviews the pose estimation problem and gives the purpose and contents of this study. The second chapter introduces some basic knowledge relative to pose estimation problem and proposes, taking the indoor mobile robot localization for example, a pose estimation method based on monocular vision and two feature points with the same height from the ground. The third chapter discusses how to estimate the pose of an object from monocular vision and three feature points. The proposed method can obtain close-form solution directly if the rotation of the object is small or computes rotational parameters iteratively by least-squares method with the initial values given by the close-form solution if the rotational parameters are large. The fourth chapter presents a pose estimation method based on monocular vision and four feature points aiming at the applications of exterior camera parameters calibration. The proposed method can calibrate a single camera or calibrate several cameras simultaneously. The fifth chapter proposes an indoor mobile robot localization method based on motion vision and two feature points with the same height from the floor. This technique can tackle the situation which cannot be solved from direct projection relation. The sixth chapter presents a novel depth estimation method, which can estimate the depths of feature points from arbitrary number of feature point pairs and has no restriction on the position relations of them. According to this algorithm, the pose estimation problems of the three situations of a camera motion, that is, the camera only translates, translates with small rotation and translates with large rotation, are discussed in detail.
馆藏号XWLW965
其他标识符200418014690007
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ia.ac.cn/handle/173211/5884
专题毕业生_博士学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
钟志光. 基于特征点对的位姿估计方法研究[D]. 中国科学院自动化研究所. 中国科学院研究生院,2005.
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