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主管单位 中华人民共和国工业和信息化部 主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:郭旭,袁杰,谢霖伟,鲍慧敏,李世钰.室内环境下融合点线特征的双目VI-SLAM方法[J].哈尔滨工业大学学报,2025,57(8):69.DOI:10.11918/202407032
GUO Xu,YUAN Jie,XIE Linwei,BAO Huimin,LI Shiyu.Stereo VI-SLAM method with fused point and line features in indoor environments[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2025,57(8):69.DOI:10.11918/202407032
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室内环境下融合点线特征的双目VI-SLAM方法
郭旭1,袁杰2,谢霖伟1,鲍慧敏1,李世钰1
(1.新疆大学 电气工程学院, 乌鲁木齐 830017; 2.新疆大学 智能科学与技术学院, 乌鲁木齐 830017)
摘要:
为解决室内环境下弱纹理场景中关键点特征稀疏、结构化场景中结构化特征应用不充分以及相机快速移动时关键帧容易跟踪失败的问题,提出了一种基于点线特征融合的双目视觉惯性SLAM方法。首先,基于EDlines线段提取方法,结合高斯图像金字塔实现多尺度线段的提取,以增强线段匹配的尺度不变性。同时,对不同尺度下的线段端点的不确定性进行建模,并结合平铺技术对线段的二进制描述符进行分块处理,从而加速线段匹配并提高线特征匹配的鲁棒性与效率。其次,优化惯性传感器的预积分模型,融合双目视觉的点特征重投影误差、线特征重投影误差以及惯性传感器的预积分约束,采用滑动窗口的非线性优化方法进行联合优化,以提高系统位姿估计精度。最后,文中在包含弱纹理、结构化以及相机快速移动等复杂环境的EuRoC数据集上进行实验。结果表明,VI-SLAM方法在EuRoC数据集上的相机轨迹均方根误差为0.031 m,平均误差为0.027 m,拥有更强的鲁棒性和更高的定位精度,尤其在弱纹理和相机快速运动场景中,定位精度优势显著。
关键词:  同步定位与建图(SLAM)  视觉惯性  点线特征  双目相机  多尺度  非线性优化
DOI:10.11918/202407032
分类号:TP242
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金(62263031); 新疆维吾尔自治区自然科学基金(2022D01C53)
Stereo VI-SLAM method with fused point and line features in indoor environments
GUO Xu1,YUAN Jie2,XIE Linwei1,BAO Huimin1,LI Shiyu1
(1.School of Electrical Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830017, China; 2.School of Intelligence Science and Technology, Xinjiang University, Urumqi 830017, China)
Abstract:
To address the issues of sparse keypoint features in weakly textured indoor environments, insufficient utilization of structured features in structured scenes, and keyframe tracking failures during rapid camera movements, a stereo visual-inertial SLAM method based on the fusion of point and line features is proposed. First, the EDlines line segment extraction method, combined with a Gaussian image pyramid, is employed to achieve multi-scale line segment extraction, enhancing the scale invariance of line segment matching. Simultaneously, the uncertainty of line segment endpoints at different scales is modeled, and binary descriptors of line segments are partitioned using tiling technology to accelerate line segment matching, thereby improving the robustness and efficiency of line feature matching. Second, the pre-integration model of the inertial sensor is optimized, and a sliding window nonlinear optimization is performed by fusing the point feature reprojection error from stereo vision, the line feature reprojection error, and the pre-integration constraints of the inertial sensor, thereby improving the system’s pose estimation accuracy. Finally, extensive experiments are conducted on the EuRoC dataset which includes complex environments such as low-texture, structured scenes, and rapid camera movements. The experimental results demonstrate that the proposed method achieves a root mean square error of 0.031 m and an average error of 0.027 m on the EuRoC dataset, exhibiting stronger robustness and higher localization accuracy, especially in low-texture and rapid camera movement scenarios where the accuracy advantage is particularly significant.
Key words:  simultaneous localization and mapping(SLAM)  visual-inertial  point and line features  stereo camera  multi-scale  nonlinear optimization

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