同步定位与建图（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）能为移动机器人等提供强大的解决方案,在许多实时应用领域变得越来越重要,已成为研究的活跃领域;面向实时应用的视觉SLAM朝着轻量化、高精度方向发展,追求更快的速度,更高的精度和更低的设备要求。本文针对现阶段视觉同步定位与建图在实时应用中快速定位与稠密建图两个方面存在的问题,进行详细的分析并加以改进,提出相应的解决方案。一方面,本文实现了一个同时支持单目,双目和RGB-D相机的完整,轻量,准确和快速的SLAM定位方案ORB-SLAM2S,包括特征点法特有的重定位和回环检测等地图重用功能;另一方面,本文为双目和RGB-D相机扩展了构建稠密点云、八叉树地图的功能。同时,针对平面移动机器人,进一步扩展了基于平面约束的自动外参标定、稠密地图优化、鲁棒稳定的地面分割、二维导航栅格地图功能。以上功能均在同一框架下实现,并能在标准处理器（Central Processing Unit,CPU）上实时运行。本文主要研究内容由以下几个部分组成:（1）基于半光流法的快速轻量定位本文同时结合鲁棒、稳定的特征点法和快速的光流法,在基本保证特点法优势的同时,获得光流法的快速性,本文将其称为“半光流法”。同时,将匀速运动模型与光流法相结合,主动搜索,从而有效的降低迭代优化次数,减少时间消耗。本文在ORB-SLAM2的基础上的提出ORB-SLAM2S,实现该快速定位方案,经实验验证,在单目、双目和RGB-D相机上,基本保证精度的同时,均获得了ORB-SLAM2系统3～5倍的速度性能。（2）一种面向实时应用的室内外实时稠密建图方法当前,视觉稠密建图依赖于昂贵的图形处理器等硬件加速,多数方案基于对室外环境敏感的深度相机以及建图场景受限。针对这些问题,本文在快速定位的基础上使用多线程及关键帧结构在CPU上实时建图,同时支持深度相机、有挑战性的室外双目相机。本文在ORB-SLAM2S的基础上扩展实现了该建图方案,并在公认的多个数据集上,经实验验证,RGB-D相机稠密投影建图获得了分米级建图精度。（3）针对平面移动机器人的稠密建图优化当前,对SLAM稠密建图有需求的设备有大部分为平面移动机器人,针对平面移动机器人所特有的平面特性,本文进一步利用该特性优化稠密地图,抵消6自由度SLAM引起的翘边现象;同时,提出一种相机安装外参自动标定方法;随后,结合随机采样一致性与标定的相机安装外参实现稳定的地面分割功能;最终,将八叉树地图投影到二维平面生成可供平面移动机器人导航使用的二维占据栅格地图。本文在稠密建图的基础上扩展实现该方案,并在多个公认数据集中,经实验验证,实现了点云地图、八叉树地图、稳定鲁棒的地面分割、二维占据栅格地图功能。