TRO新文：用于數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、建圖和高級任務(wù)的對象級SLAM框架（2）

為了描述不同物體間的關(guān)系,文章構(gòu)建了語義拓撲圖和基于此的隨機游走描述子。

1. 拓撲圖:通過物體的語義標(biāo)簽、位置、姿態(tài)和尺寸信息,構(gòu)建不同物體及物體與情景的關(guān)系圖:

表示物體節(jié)點,編碼物體信息

表示邊,編碼兩個物體的距離d和角度α

1. 描述子:基于拓撲圖中不同物體間的關(guān)系,采用隨機游走的方式構(gòu)建物體描述子υ:

r是一個隨機行走路徑,起始于被描述的物體,最多到達i個物體。每行重復(fù)j次隨機行走。

1. 多維度信息:為了提高魯棒性,描述子中考慮物體標(biāo)簽l、尺寸s、距離d和角度α四個維度:

4. 場景匹配:基于多個物體對的描述子匹配,求解兩個情景的轉(zhuǎn)換矩陣T:

·  生成兩個情景T1和T2的描述子V1和V2。

·  對每個對象v1在V1中找到在V2中的最佳匹配v2。

·  根據(jù)多個物體對,利用奇異值分解(SVD)求解轉(zhuǎn)換矩陣T。

1. 魯棒性:采用RANSAC算法去除誤匹配物體對,提高匹配的魯棒性?？偟膩碚f,基于拓撲圖實現(xiàn)的物體描述子充分利用了物體的語義、尺寸和相對關(guān)系,能有效實現(xiàn)不同視角下的場景匹配?？紤]更多非物體的語義特征可能進一步提高魯棒性和準(zhǔn)確性。

1. 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián):實驗結(jié)果表明,集成不同統(tǒng)計模型超過單一方法。表明點云和質(zhì)心確實呈現(xiàn)非高斯分布和高斯分布。

2. 對象參數(shù)化: 實驗結(jié)果表明, iForest和線段對齊有效實現(xiàn)精確的6DOF姿態(tài)估計。并構(gòu)建了基于形狀的通用對象模型

3. 對象地圖構(gòu)建:可在不同數(shù)據(jù)集上構(gòu)建語義對象地圖,處理不同類、數(shù)量、尺寸和方位角的物體。實驗表明系統(tǒng)的魯棒性。

4. 增強現(xiàn)實:基于精確的物體姿態(tài)信息,實現(xiàn)虛擬模型與實物精準(zhǔn)配準(zhǔn)。考慮遮擋和碰撞效果,提高虛擬可信度。

5. 場景匹配:基于物體描述子,可在不同視角和照明條件下實現(xiàn)場景匹配和多地圖融合。具有魯棒性。

6. 主動地圖構(gòu)建:通過信息熵量化物體觀測完整度,驅(qū)動主動建設(shè)語義對象地圖。實驗表明比隨機探索和全面覆蓋策略更高效和更準(zhǔn)確。

7. 機器人抓取:基于語義對象地圖信息,實現(xiàn)機器人抓握。在虛擬環(huán)境和實際環(huán)境下的成功率分別達到86%和81%。

局限性:數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)在極端情況下存在問題;對象姿態(tài)估計受離群點影響而不準(zhǔn)確;場景匹配依賴精確的對象建模。改進方向:優(yōu)化數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)魯棒性;采用機器學(xué)習(xí)提高姿態(tài)估計精度;構(gòu)建更通用的物體描述子;采用多源感知實現(xiàn)全景對象地圖。

總的來說,實驗結(jié)果充分證明了對象SLAM框架在不同應(yīng)用上的有效性和潛力。同時指出了當(dāng)前的局限性和未來的改進方向。這對促進對象SLAM技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。