面向低光弱紋理環境的SLAM系統實驗教學平臺設計

葉 濤， 趙云龍， 汪壽安， 李允旺， 嚴翔明

（中國礦業大學（北京）機械與電氣工程學院，北京 100083）

0 引 言

同步定位與建圖（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）是機器人領域中的一項關鍵技術，應用該技術的機器人能在未知環境中同時實現自身定位和構建地圖。對于機器人專業學生而言，SLAM 課程具有重要的學術意義和實踐價值。由于歷史原因以及教學和實驗條件的限制，SLAM 課程主要側重于理論教學，缺乏實際應用，導致學生對該課程作用的認識不足，教學效果并不理想。學生普遍反映，該系列課程所涉及的技術過于抽象和枯燥，側重點不夠突出，影響了對該課程的學習興趣和積極性。

為解決上述問題，本文提出一種改進視覺點線特征提取方法并搭建面向低光弱紋理環境的SLAM實驗教學平臺，旨在為學生提供探索低光弱紋理環境下機器人導航與定位的實踐機會。通過在模擬場景中進行實驗操作，學生能深入理解SLAM 算法在復雜環境下的應用和挑戰，提高培養解決實際問題的能力。該教學平臺有助于拓展學生的學術視野，激發學生對該領域的研究興趣。

1 案例工程背景

低光弱紋理空間常見于地下停車庫、暗室等日常場景以及地鐵隧道、礦井巷道等工業場景。這些場景光線照度低、缺乏明顯紋理特征、全球定位系統（Global Positioning System，GPS）［1］信號缺失等特點，機器人在上述復雜場景中難以實現精準、魯棒的地圖定位。隨著SLAM技術的興起，機器人使用的各種傳感器可實現4 自由度（Four Degrees of Freedom，4DOF）的位姿估計。單目視覺方法具有結構簡單、成本低、無距離限制和實時性良好等優點。……