DEY-SLAM : مکان‌یابی و نقشه‌برداری هم‌زمان بصری در محیط‌های بسیار پویا با استفاده از اطلاعات عمق، هندسه اپی‌پلار و یادگیری عمیق

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

مکان‌یابی و نقشه‌برداری هم‌زمان (SLAM) به فرآیندی اطلاق می‌شود که در آن یک حسگر متحرک (مانند یک ربات) به‌صورت هم‌زمان، موقعیت خود را در یک محیط ناشناخته تخمین می‌زند و نقشه‌ای از همان محیط تولید می‌کند. الگوریتم‌های سنتی SLAM در سال‌های اخیر به‌بلوغ نسبی در محیط‌های ایستا رسیده‌اند؛ اما فرض ایستا بودن محیط در کاربردهای عملی و صنعتی در اکثر اوقات برقرار نیست، به‌همین دلیل این الگوریتم‌ها تحت تاثیر عوامل پویا در محیط هستند که این امر باعث افزایش خطا در مکان‌یابی می‌شود. در این مقاله، ما الگوریتم DEY-SLAM را برای مقابله با اثر حضور اشیاء پویا در محیط معرفی می‌کنیم. در مرحله اول DEY-SLAM با استفاده‌ از شبکه معنایی YOLOv11-seg، نقاط پویای مشکوک را حذف کرده و در ادامه با استفاده از یک فیلتر مبتنی‌بر اطلاعات عمق (Depth) و آزمون هندسی اپی‌پلار (Epipolar)، باقی نقاط پویای مشکوک را از فرآیند محاسبات SLAM حذف می‌کند تا دقت مکان‌یابی افزایش یابد. ارزیابی‌های انجام‌شده بر روی دنباله‌های مجموعه‌داده TUM RGB-D، نشان‌می‌دهد که DEY-SLAM نتایج قابل قبولی را در بین الگوریتم‌های هم‌رده خود کسب کرده‌است. همچنین در صحنه‌های پیچیده این مجموعه‌داده، مقدار معیار RMSE خطای مطلق به‌دست آمده توسط الگوریتم کلاسیک ORB-SLAM3 را کاهش داده و دقت نقشه را تا حدود 90% در این دنباله‌ها بهبود می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

DEY-SLAM: Visual Simultaneous Localization and Mapping in Highly Dynamic Environments Using Depth Information, Epipolar Geometry and Deep Learning

نویسندگان [English]

  • Seyyed Mehdi Mousavi
  • Mohammad Reza Ahmadzadeh
  • Mohammad Reza Ghotbi Ravandi
Department of Electrical and Computer Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, 84156-83111, I.R. of Iran
چکیده [English]

Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) refers to a process in which a mobile sensor (such as a robot) simultaneously estimates its pose within an unknown environment while constructing a map of that environment. In recent years, traditional SLAM algorithms have achieved a relative level of maturity in static environments; however, the assumption of environmental staticity is often not valid in practical and industrial applications. As a result, these algorithms are affected by dynamic factors in the environment, which leads to increased localization errors. In this paper, we introduce the DEY-SLAM algorithm to address the impact of dynamic objects in the environment. In the first stage, DEY-SLAM employs the semantic network YOLOv11-seg to remove potentially dynamic feature points. Subsequently, a filter based on depth information and an epipolar geometry test is applied to eliminate the remaining suspicious dynamic points from the SLAM estimation process, thereby improving localization accuracy. Experimental evaluations conducted on sequences from the TUM RGB-D dataset demonstrate that DEY-SLAM achieves satisfactory performance compared to recent SLAM algorithms. Furthermore, in complex scenes of this dataset, the proposed method reduces the RMSE of the absolute trajectory error obtained by the classical ORB-SLAM3 algorithm and improves mapping accuracy by up to approximately 90% on these sequences.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Simultaneous localization and mapping
  • dynamic environments
  • semantic information
  • computer vision