Graph-Based Robust Localization of Object-Level Map for Mobile Robotic Navigation

计算机科学 人工智能 点云 计算机视觉 最小边界框 移动机器人 图形 同时定位和映射 特征提取 机器人 模式识别(心理学) 理论计算机科学 图像(数学)
作者
Lina Zhao,Xin Deng,Ruifeng Li,Xichun Gui,Jiangtao Sun,Tuoxi Li,Bo Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:71 (1): 697-707
标识
DOI:10.1109/tie.2023.3245208
摘要

Global localization is an integral part of indoor robot navigation. Traditional methods implemented at image-level still face challenges when encountering dynamic environments, illumination variation and large viewpoint changes. Methods based on 3D point cloud have low computational efficiency and high localization difficulty. In this case, an efficient global localization framework based on graph matching to solve the problem of low localization stability in object-level navigation and robot abduction is proposed. Firstly, semantic information is extracted by the instance segmentation network. An efficient 3D bounding box extraction algorithm is used to obtain the object-level map. Then the object-level map is transformed into a semantic topological graph and preprocessed. The feature matrix of the map is obtained by the tree generation and the graph kernel method. The matching method based on the voting mechanism is adopted to realize the correspondence between the local graph and the global graph. Finally, the pose of the robot is obtained by a two-stage point cloud registration method. Experiments are carried out in SceneNN dataset and three real indoor environments. Extensive experiments show that our approach reaches high accuracy and can achieve robust global localization under large viewpoint changes.

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