A survey on vision-based UAV navigation

Abstract

Research on unmanned aerial vehicles (UAV) has been increasingly popular in the past decades, and UAVs have been widely used in industrial inspection, remote sensing for mapping & surveying, rescuing, and so on. Nevertheless, the limited autonomous navigation capability severely hampers the application of UAVs in complex environments, such as GPS-denied areas. Previously, researchers mainly focused on the use of laser or radar sensors for UAV navigation. With the rapid development of computer vision, vision-based methods, which utilize cheaper and more flexible visual sensors, have shown great advantages in the field of UAV navigation. The purpose of this article is to present a comprehensive literature review of the vision-based methods for UAV navigation. Specifically on visual localization and mapping, obstacle avoidance and path planning, which compose the essential parts of visual navigation. Furthermore, throughout this article, we will have an insight into the prospect of the UAV navigation and the challenges to be faced.     

无人机视觉SLAM协同建图与导航

地面机器人由于其工作空间的限制,对环境感知存在较大局限性,结合空中机器人在视角方面的优势,实现空地机器人协作是主流趋势。本文提出了一种基于无人机视觉SLAM的协同建图与导航方法,利用无人机空中视角带来的大范围环境感知能力,协助地面机器人快速构建环境模型,提高地面机器人在具有挑战性的未知环境中建图与导航能力。本文方法首先构建了一个显著闭合边界实时检测和跟踪线程,结合点、线特征以及显著闭合边界,提出一种视觉SLAM方法用于无人机空中建图,与传统方法相比,闭合边界的结合极大优化了建图的效果。其次,地面机器人根据无人机获得的初始全局地图自动规划全局路径,在移动过程中,利用搭载的激光传感器对无人机建的初始地图进行更新,并且对路径进行连续的重新规划,避免与障碍物发生碰撞。为了验证本文方法的可行性和先进性,分别进行了仿真试验和真实试验。试验结果表明,本文方法显著提高了建图效果,实现了协同建图与导航方法的完整过程,提高了地面机器人在具有挑战的未知区域中进行自主建图和导航的能力。但是本文方法在障碍物分布密集、地面高低起伏等复杂情况下效果不佳,且实现的二维导航局限性大,未来工作立足于融合激光雷达、IMU等...     

推车SLAM室内实景三维测图及应用

以推车SLAM移动测图系统NavVis为数据采集手段,简要介绍了其工作原理,并详细介绍了室内实景三维测图的技术流程,实现了室内三维实景地图的网络发布。同时,对该地图定制了兴趣点(POI)添加查询和室内导航路径规划两种应用功能。NavVis推车SLAM系统提供的从数据采集、数据处理、网络发布到地图应用的一整套解决方案,为室内推车SLAM的发展和高精度三维实景地图的制作提供了有益的参考。     

SLAM技术及其在测绘领域中的应用

即时定位与地图构建（SLAM）是机器人领域的关键技术之一。基于SLAM技术可以对视觉信息和激光雷达数据进行三维重建与地图构建,这些三维模型及地图在测绘领域有着广泛的应用,尤其是更加精确的三维模型数据,对于精确测量和高精度导航等方面有着重要的意义。因此,本文从测绘领域的视角对SLAM技术的发展、原理及其在测绘领域的应用进行了论述和讨论,且对SLAM技术在测绘领域的应用前景进行了展望,为国内外测绘和机器人方面的研究人员提供了重要参考。     

手持激光雷达扫描系统在农村房地一体测量中的应用

农村房屋不动产登记是国家深化农村集体产权制度改革的重要基础性工作.房地一体测量成果是农村房屋不动产登记的基础数据,如何快速有效地采集大比例尺农村地籍及房屋数据,提高农村房屋不动产登记的效率,降低数据采集的成本,是测绘地理信息行业的使命和挑战.本文通过在广东、江苏的实际项目中使用手持激光雷达扫描采集农村房屋及附属的地籍空...     

RGB-D SLAM在室内高精度三维测图中的应用

高精度三维测图是室内三维制图的重要支撑,基于三维激光雷达扫描技术的三维测图成本高,需要提前布置标靶,在室内复杂环境中易导致数据不完整;基于图像序列的三维重建建模时间长,易受多种因素影响.针对以上问题,本文将RGB-D SLAM技术应用于室内高精度三维测图中.通过将深度相机与SLAM技术相结合,计算相机位姿并恢复三维空间...     

基于数字图像处理的矿物颗粒形态定量分析

实景三维是对人类生产、生活和生态空间进行真实、立体、时序化反映和表达的数字虚拟空间。我国的地质灾害点多面广,“点面双控”是今后防灾减灾的重要举措。如何有效获取广域尺度的地质体的动态变化信息以及重大地质灾害点的精细化地质信息,是实现“点面双控”的重要途径。本文在地质灾害隐患识别“三查”体系的基础上,提出进一步构建天-空-地-内滑坡协同观测体系,实现对地上+地下、水上+水下、室内+室外、致灾体+承灾体的全空间、全要素的动态观测和精细感知,以进一步提升我国地质灾害防治能力和水平。除构建天-空-地-内滑坡协同观测体系外,本文重点介绍了高分辨率贴近摄影测量技术、基于多波束测深的水下地形快速测绘技术、基于SLAM的建构筑物和洞穴等封闭空间形态快速精细化测绘技术。     

3D SLAM移动测量技术在室内外一体化测量中应用

由于室内和室外测量环境不同,现有的测绘方式还没有有效的解决方案能高效地实现室内外一体化测量。本文引入基于3D SLAM移动测量技术,对一体化测量进行应用研究,通过验证分析,室内测量中误差为2cm,室外为9.7 cm,可满足10 cm精度内的测量需求。     

因子图发展及其在定位与导航的应用技术

因子图作为一种表示因式分解的建模工具,在编码领域、统计学、信号处理和人工智能领域有着广泛的应用．因子图在导航领域的应用研究逐步发展起来．与单一导航系统对比,组合导航系统能够提供更精确、更具鲁棒性的导航结果,但是因其各个子系统的误差特性与工作频率不同的特点,增加了导航系统的设计复杂性．基于因子图的组合导航算法可以有效解决导航信息融合中的传感器异步问题且实现对多传感器的灵活配置,使得系统具有即插即用的特性,在非线性量测条件下可以获得较好效果.导航系统中的状态估计以及信息融合问题可以使用因子图模型表示,基于因子图的和 积算法是组合导航信息融合的主要算法.本文对因子图及其在导航系统中的应用进行了探讨,主要包括:1)因子图的数学理论基础及其相关应用领域;2)因子图在定位与导航领域的发展和应用.      

多镜头组合式相机的全景SLAM

同步定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)是摄影测量、计算机视觉和机器人学的研究热点,并广泛应用于移动测图系统、机器人、无人驾驶车等。本文提出一种针对多镜头组合式全景相机的基于特征的SLAM解决方案。首先,本文建立了鱼眼相机的高精度检校模型,以保证鱼眼相机与全景相机之间的高精度坐标转换;然后,将多镜头组合式全景成像模型嵌入SLAM的初始化、局部地图生成、关键帧选取、图优化等各个流程中。此外,考虑全景相机变形大、基线长的不利因素,本文在特征匹配、平差、特征点跟踪等SLAM的各个步骤都进行了针对性改进。本文在两套车载全景数据集共8000余张全景影像上进行试验。结果表明,本文所提出的全景SLAM很好地实现了全景相机的自动定位与地图构建功能,并达到了接近GPS参考的极高定位精度而无须借助GPS/IMU组合导航系统。相对于主流的基于平面相机的各类SLAM系统,如Mono-SLAM、Stereo-SLAM以及RGB-DSLAM,本文提出的全景SLAM可作为良好的补充,并为GPS信号失锁时的传感器定位提供廉价的自动解决方案。