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PRISM:面向非結構化環境中機器人導航的多模態地形測繪系統

文章摘要

PRISM是一種多模態感知系統,透過融合熱成像、光學和深度感測器,結合新型視覺變換器網路OmniUnet,實現非結構化環境中的地形分割與可通行性地圖生成,並在資源受限的嵌入式計算機上成功部署,支援自主導航。

來源arXiv Robotics作者: Raul Castilla-Arquillo, Carlos Perez-del-Pulgar, Levin Gerdes, Alfonso Garcia-Cerezo, Miguel A. Olivares-Mendez
PRISM:面向非結構化環境中機器人導航的多模態地形測繪系統
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在非結構化環境中,機器人導航面臨陡坡、岩石等複雜地形挑戰,傳統視覺感測器在弱光或惡劣條件下效能受限。熱成像技術透過捕捉溫度差異,可顯著提升地形分類的魯棒性。為此,研究人員提出PRISM系統,一種專為野外環境設計的整合感知方案。

PRISM採用定製感測器套件,同步採集對齊的RGB、深度和熱成像(RGB-D-T)資料。核心創新在於OmniUnet網路,這是一種基於視覺變換器的多模態語義分割架構,能夠高效融合不同模態特徵,實現沙地、草地、岩石等多種地形的精確分類。該網路在編碼器-解碼器結構中引入自注意力機制,增強了空間特徵提取能力。

研究團隊建立了兩個新的標註資料集——BASEPROD和LAENTIEC,覆蓋多種地形和光照條件。實驗表明,PRISM在分割精度上顯著優於單模態基線,特別是在弱光場景下,熱成像模態提供了關鍵判別資訊。此外,在真實野外實地測試中,PRISM部署於NVIDIA Jetson等低功耗嵌入式平臺,以即時速度生成可通行性地圖。該地圖直接輸入機器人的制導、導航與控制(GNC)子系統,實現完全自主的避障與路徑規劃。

PRISM的模組化設計使其易於移植到火星探測車、災害救援機器人等平臺。未來工作將探索動態環境下的線上適應能力,以及部分感測器失效時的魯棒執行策略。研究團隊已公開發布資料集和程式碼,以推動非結構化環境導航領域的發展。

展開要點與分析

文章情報

工程師進階

要點

  • PRISM整合了RGB、深度和熱成像感測器,實現多模態地形感知。
  • 核心網路OmniUnet基於視覺變換器,專為多模態語義分割設計。
  • 透過兩個新資料集(BASEPROD和LAENTIEC)驗證,並在實地實驗中證明有效性。
  • 在嵌入式計算機上高效執行,直接生成可通行性地圖用於機器人導航。

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