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               		赵薇1, 王峰2,*( ), 马星宇1, 翟伟光1, 孟鹏帅1
), 马星宇1, 翟伟光1, 孟鹏帅1
                  
        
        
        
        
    
收稿日期:2024-03-26
									
				
									
				
									
				
				
											上线日期:2025-03-26
									
			通讯作者:
					基金资助:
        
               		ZHAO  Wei1, WANG  Feng2,*( ), MA  Xingyu1, ZHAI  Weiguang1, MENG  Pengshuai1
), MA  Xingyu1, ZHAI  Weiguang1, MENG  Pengshuai1
			  
			
			
			
                
        
    
Received:2024-03-26
									
				
									
				
									
				
				
											Online:2025-03-26
									
			摘要:
针对同步定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)算法在动态场景中存在定位精度低且无法生成稠密地图的问题,提出一种基于动态区域剔除与稠密建图的视觉SLAM算法。在原ORB-SLAM3算法的基础上新建动态特征点检测线程,使用YOLOX网络获取动态场景语义信息及物体检测框,同时结合语义和几何约束检测特征点运动状态,提出动态特征点剔除算法,旨在精准实现动态特征点的剔除。随后设计稠密建图线程,基于关键帧及相应位姿构建稠密点云地图,利用地图中剩余的静态特征点,去除动态物体造成的重影,实现稠密地图的构建。在公开TUM数据集和真实动态环境进行验证,在TUM数据集的动态环境下,新算法有效消除了动态物体对位姿估计的影响,提升了SLAM算法在动态场景中的定位与建图的鲁棒性。
中图分类号:
赵薇, 王峰, 马星宇, 翟伟光, 孟鹏帅. 基于动态区域剔除与稠密地图构建的视觉SLAM算法[J]. 兵工学报, 2025, 46(3): 240217-.
ZHAO Wei, WANG Feng, MA Xingyu, ZHAI Weiguang, MENG Pengshuai. Visual SLAM Algorithm Based on Dynamic Region Exclusion and Dense Map Construction[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(3): 240217-.
| 结果 | ORB-SLAM3 | 本文算法 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 均方根 | 平均值 | 中位数 | 标准差 | 均方根 | 平均值 | 中位数 | 标准差 | |
| fr3_walking_xyz | 0.2767 | 0.2495 | 0.2360 | 0.1197 | 0.0149 | 0.0128 | 0.0110 | 0.0076 | 
| fr3_walking_static | 0.4242 | 0.3711 | 0.3491 | 0.2055 | 0.0098 | 0.0088 | 0.0073 | 0.0051 | 
| fr3_walking_rpy | 0.7765 | 0.6571 | 0.6436 | 0.4137 | 0.0425 | 0.0327 | 0.0263 | 0.0271 | 
| fr3_walking_half | 0.3619 | 0.3443 | 0.3515 | 0.1114 | 0.0234 | 0.0194 | 0.0164 | 0.0131 | 
| fr3_sitting_static | 0.0107 | 0.0093 | 0.0081 | 0.0052 | 0.0058 | 0.0049 | 0.0042 | 0.0030 | 
| fr3_sitting_xyz | 0.0099 | 0.0088 | 0.0081 | 0.0045 | 0.0134 | 0.0117 | 0.0106 | 0.0066 | 
| fr3_sitting_rpy | 0.0242 | 0.0174 | 0.0124 | 0.0169 | 0.0354 | 0.0278 | 0.0223 | 0.0219 | 
表1 ORB-SLAM3与本文算法的绝对轨迹误差对比
Table 1 Comparison of absolute trajectory errors of ORB-SLAM3 and the proposed algorithm
| 结果 | ORB-SLAM3 | 本文算法 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 均方根 | 平均值 | 中位数 | 标准差 | 均方根 | 平均值 | 中位数 | 标准差 | |
| fr3_walking_xyz | 0.2767 | 0.2495 | 0.2360 | 0.1197 | 0.0149 | 0.0128 | 0.0110 | 0.0076 | 
| fr3_walking_static | 0.4242 | 0.3711 | 0.3491 | 0.2055 | 0.0098 | 0.0088 | 0.0073 | 0.0051 | 
| fr3_walking_rpy | 0.7765 | 0.6571 | 0.6436 | 0.4137 | 0.0425 | 0.0327 | 0.0263 | 0.0271 | 
| fr3_walking_half | 0.3619 | 0.3443 | 0.3515 | 0.1114 | 0.0234 | 0.0194 | 0.0164 | 0.0131 | 
| fr3_sitting_static | 0.0107 | 0.0093 | 0.0081 | 0.0052 | 0.0058 | 0.0049 | 0.0042 | 0.0030 | 
| fr3_sitting_xyz | 0.0099 | 0.0088 | 0.0081 | 0.0045 | 0.0134 | 0.0117 | 0.0106 | 0.0066 | 
| fr3_sitting_rpy | 0.0242 | 0.0174 | 0.0124 | 0.0169 | 0.0354 | 0.0278 | 0.0223 | 0.0219 | 
| 结果 | ORB-SLAM3 | 本文算法 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 均方根 | 平均值 | 中位数 | 标准差 | 均方根 | 平均值 | 中位数 | 标准差 | |
| fr3_walking_xyz | 0.0307 | 0.0253 | 0.0207 | 0.0174 | 0.0089 | 0.0079 | 0.0077 | 0.0041 | 
| fr3_walking_static | 0.0177 | 0.0126 | 0.0095 | 0.0124 | 0.0080 | 0.0063 | 0.0052 | 0.004 | 
| fr3_walking_rpy | 0.0340 | 0.0272 | 0.0215 | 0.0203 | 0.0292 | 0.0166 | 0.0121 | 0.0240 | 
| fr3_walking_half | 0.0263 | 0.0201 | 0.0155 | 0.0170 | 0.0173 | 0.0130 | 0.0100 | 0.0115 | 
| fr3_sitting_static | 0.0056 | 0.0048 | 0.0040 | 0.0029 | 0.0051 | 0.0044 | 0.0039 | 0.0026 | 
| fr3_sitting_xyz | 0.0115 | 0.0102 | 0.0092 | 0.0052 | 0.0106 | 0.0089 | 0.0077 | 0.0057 | 
| fr3_sitting_rpy | 0.0231 | 0.0146 | 0.0111 | 0.0179 | 0.0170 | 0.0117 | 0.0079 | 0.0123 | 
表2 ORB-SLAM3与本文算法的相对轨迹误差对比
Table 2 Comparison of relative trajectory errors of ORB-SLAM3 and the proposed algorithm
| 结果 | ORB-SLAM3 | 本文算法 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 均方根 | 平均值 | 中位数 | 标准差 | 均方根 | 平均值 | 中位数 | 标准差 | |
| fr3_walking_xyz | 0.0307 | 0.0253 | 0.0207 | 0.0174 | 0.0089 | 0.0079 | 0.0077 | 0.0041 | 
| fr3_walking_static | 0.0177 | 0.0126 | 0.0095 | 0.0124 | 0.0080 | 0.0063 | 0.0052 | 0.004 | 
| fr3_walking_rpy | 0.0340 | 0.0272 | 0.0215 | 0.0203 | 0.0292 | 0.0166 | 0.0121 | 0.0240 | 
| fr3_walking_half | 0.0263 | 0.0201 | 0.0155 | 0.0170 | 0.0173 | 0.0130 | 0.0100 | 0.0115 | 
| fr3_sitting_static | 0.0056 | 0.0048 | 0.0040 | 0.0029 | 0.0051 | 0.0044 | 0.0039 | 0.0026 | 
| fr3_sitting_xyz | 0.0115 | 0.0102 | 0.0092 | 0.0052 | 0.0106 | 0.0089 | 0.0077 | 0.0057 | 
| fr3_sitting_rpy | 0.0231 | 0.0146 | 0.0111 | 0.0179 | 0.0170 | 0.0117 | 0.0079 | 0.0123 | 
| 结果 | ATE | RPE | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Det-SLAM[ | RDS[ | FD-SLAM[ | 本文算法 | Det-SLAM[ | RDS[ | FD-SLAM[ | 本文算法 | |
| fr3_walking_xyz | 0.0553 | 0.021 | 0.016 | 0.0148 | 0.0653 | 0.026 | 0.0221 | 0.0079 | 
| fr3_walking_static | 0.0049 | 0.081 | 0.0060 | 0.0098 | 0.0100 | 0.022 | 0.0116 | 0.0080 | 
| fr3_walking_rpy | 0.0386 | 0.146 | 0.0412 | 0.0424 | 0.0680 | 0.024 | 0.0132 | 0.0291 | 
| fr3_walking_half | 0.0626 | 0.025 | 0.0323 | 0.0234 | 0.0167 | 0.027 | 0.0235 | 0.0173 | 
| fr3_sitting_static | 0.0045 | 0.0055 | 0.0057 | 0.0223 | 0.0064 | 0.0050 | ||
| fr3_sitting_xyz | 0.0134 | 0.0106 | ||||||
表3 不同算法RMSE值对比
Table 3 Comparison of RMSE values for different algorithms
| 结果 | ATE | RPE | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Det-SLAM[ | RDS[ | FD-SLAM[ | 本文算法 | Det-SLAM[ | RDS[ | FD-SLAM[ | 本文算法 | |
| fr3_walking_xyz | 0.0553 | 0.021 | 0.016 | 0.0148 | 0.0653 | 0.026 | 0.0221 | 0.0079 | 
| fr3_walking_static | 0.0049 | 0.081 | 0.0060 | 0.0098 | 0.0100 | 0.022 | 0.0116 | 0.0080 | 
| fr3_walking_rpy | 0.0386 | 0.146 | 0.0412 | 0.0424 | 0.0680 | 0.024 | 0.0132 | 0.0291 | 
| fr3_walking_half | 0.0626 | 0.025 | 0.0323 | 0.0234 | 0.0167 | 0.027 | 0.0235 | 0.0173 | 
| fr3_sitting_static | 0.0045 | 0.0055 | 0.0057 | 0.0223 | 0.0064 | 0.0050 | ||
| fr3_sitting_xyz | 0.0134 | 0.0106 | ||||||
| 结果 | ATE | RPE | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Det-SLAM[ | RDS[ | FD-SLAM[ | 本文算法 | Det-SLAM[ | RDS[ | FD-SLAM[ | 本文算法 | |
| fr3_walking_xyz | 0.0376 | 0.012 | 0.0087 | 0.0076 | 0.0398 | 0.016 | 0.007 | 0.0040 | 
| fr3_walking_static | 0.0027 | 0.022 | 0.0033 | 0.0050 | 0.0067 | 0.014 | 0.0046 | 0.0049 | 
| fr3_walking_rpy | 0.0235 | 0.105 | 0.0301 | 0.0271 | 0.0398 | 0.012 | 0.0053 | 0.0240 | 
| r3_walking_half | 0.0347 | 0.017 | 0.0158 | 0.0131 | 0.1042 | 0.014 | 0.0097 | 0.0114 | 
| fr3_sitting_static | 0.0030 | 0.0024 | 0.0029 | 0.0132 | 0.0035 | 0.0026 | ||
| fr3_sitting_xyz | 0.0219 | 0.0057 | ||||||
表4 不同算法S.D.值对比
Table 4 Comparison of S.D.values for different algorithms
| 结果 | ATE | RPE | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Det-SLAM[ | RDS[ | FD-SLAM[ | 本文算法 | Det-SLAM[ | RDS[ | FD-SLAM[ | 本文算法 | |
| fr3_walking_xyz | 0.0376 | 0.012 | 0.0087 | 0.0076 | 0.0398 | 0.016 | 0.007 | 0.0040 | 
| fr3_walking_static | 0.0027 | 0.022 | 0.0033 | 0.0050 | 0.0067 | 0.014 | 0.0046 | 0.0049 | 
| fr3_walking_rpy | 0.0235 | 0.105 | 0.0301 | 0.0271 | 0.0398 | 0.012 | 0.0053 | 0.0240 | 
| r3_walking_half | 0.0347 | 0.017 | 0.0158 | 0.0131 | 0.1042 | 0.014 | 0.0097 | 0.0114 | 
| fr3_sitting_static | 0.0030 | 0.0024 | 0.0029 | 0.0132 | 0.0035 | 0.0026 | ||
| fr3_sitting_xyz | 0.0219 | 0.0057 | ||||||
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