时序-语义融合与自适应软权重优化的动态视觉SLAM
DOI:
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作者:
作者单位:

1.机械工程学院大连交通大学 辽宁大连;2.大连交通大学 自动化与电气工程学院;3.材料科学与工程学院大连交通大学 辽宁大连;4.大连交通大学

作者简介:

通讯作者:

中图分类号:

TP242

基金项目:

国家自然科学基金联合基金(U24B20159);大连市杰青 (2022RJ03)。


Dynamic Visual Slam Based on Temporal Semantic Fusion and Adaptive Soft Weight Optimization
Author:
Affiliation:

1.Dalian Jiaotong University;2.Dalian, Liaoning School of Materials Science and Engineering

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    摘要:

    针对ORB-SLAM3视觉SLAM系统在动态场景下因静态世界假设失效而导致定位漂移严重的问题,提出了一种时序—语义融合与自适应软权重优化的动态视觉SLAM算法。该方法引入YOLO v11网络进行语义分割并将特征点的动静属性建模为概率随机变量,构建语义信息与多帧几何一致性的贝叶斯联合推断框架并利用卡方分布检验与时序递归滤波校验重投影残差,将动态置信度连续映射为后端优化信息矩阵的权重,从而在数学层面重塑能量函数,实现对动态干扰的自适应抑制与静态约束的最大化保留。经消融实验和仿真实验验证了各个模块的机理有效性和贡献度。TUM实验表明,该方法在walking_xyz数据集下,绝对位姿误差(ATE)均方根误差(RMSE)相比ORB-SLAM3平移部分降低了95.68%,旋转误差降低了95.42%;在BONN数据集下Person tracking、Person tracking2与Crowd系列上,平移部分的ATE相比ORB-SLAM3分别下降了91.93%、94.18%和45.17%,具有泛化性。与其他动态SLAM相比,在walking_xyz和walking_halfsphere系列上有一定精度的提升。

    Abstract:

    : The conventional assumption of environmental staticity constrains the performance of established visual SLAM frameworks, such as ORB-SLAM3, resulting in notable localization drift within dynamic scenarios. To address this limitation, this study proposes a dynamic visual SLAM architecture integrating temporal-semantic information fusion and adaptive soft-weight optimization. In the proposed approach, feature-level variations are modeled as probabilistic random variables. Initial semantic information is extracted using YOLOv11, and Bayesian joint inference is employed to fuse these semantic priors with geometric consistency across multiple frames. Dynamic probabilities are quantitatively estimated by comparing reprojection residuals against a Chi-square statistical distribution, incorporating temporal recursive filtering to enhance robustness. Rather than utilizing binary hard thresholds, the method adopts continuous dynamic confidence scores within the information matrix of the backend pose-graph optimizer, thereby adaptively suppressing dynamic outliers while preserving static geometric constraints. Comprehensive ablation studies are conducted to evaluate the individual contributions of each algorithmic module. Experimental results on the TUM RGB-D walking_xyz sequence demonstrate that the proposed system reduces the Absolute Trajectory Error (ATE) root mean square error

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引用本文

薛明姬,李荣华,胡贺南,等. 时序-语义融合与自适应软权重优化的动态视觉SLAM[J]. 科学技术与工程, , ():

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  • 收稿日期:2026-04-10
  • 最后修改日期:2026-07-30
  • 录用日期:2026-09-09
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