[發(fā)明專利]單目視覺(jué)SLAM中基于圖像外觀的閉環(huán)檢測(cè)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210295181.6
• 申請(qǐng)日: 2012-08-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102831446A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁志偉;陳燕燕;朱松豪;徐國(guó)政
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/66
• 分類號(hào): G06K9/66;G05D1/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 楊楠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明針對(duì)移動(dòng)機(jī)器人單目視覺(jué)同步定位與地圖構(gòu)建(simultaneous?localization?and?mapping,SLAM)中的閉環(huán)檢測(cè)問(wèn)題，提供一種單目視覺(jué)SLAM中基于圖像外觀的閉環(huán)檢測(cè)方法，本發(fā)明屬于移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

同步定位與地圖構(gòu)建是移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航領(lǐng)域的基本問(wèn)題與研究熱點(diǎn)，是否具備同步定位與地圖構(gòu)建的能力被許多人認(rèn)為是機(jī)器人是否能夠?qū)崿F(xiàn)自主導(dǎo)航的關(guān)鍵的前提條件。SLAM過(guò)程中機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自定位的同時(shí)構(gòu)建環(huán)境地圖，由于先驗(yàn)知識(shí)的匱乏和環(huán)境的不確定性，機(jī)器人在行走的過(guò)程中需要判斷當(dāng)前位置是否處于已經(jīng)訪問(wèn)過(guò)的環(huán)境區(qū)域，并以此作為判斷是否需要環(huán)境更新的依據(jù)，即閉環(huán)檢測(cè)問(wèn)題。

由于視覺(jué)傳感器觀測(cè)的范圍有限，單目視覺(jué)SLAM閉環(huán)檢測(cè)面臨很多問(wèn)題，包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的不確定性和誤差會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)錯(cuò)誤、視覺(jué)特征如何檢測(cè)、視覺(jué)場(chǎng)景模型如何表征等等。其中如何準(zhǔn)確建立場(chǎng)景模型是視覺(jué)SLAM閉環(huán)檢測(cè)的關(guān)鍵，目前大部分基于視覺(jué)的場(chǎng)景模型通過(guò)直接獲得的環(huán)境外觀特征來(lái)描述。BoVW(Bag?of?visual?words)算法是一種有效的圖像特征建模方法，被廣泛用于視覺(jué)SLAM閉環(huán)檢測(cè)。該方法首先用SURF或SIFT算子提取圖像的局部特征，然后將特征進(jìn)行分類構(gòu)建視覺(jué)詞典，基于創(chuàng)建的視覺(jué)詞典，任何一幅圖像都可以用視覺(jué)詞典中的視覺(jué)單詞集合進(jìn)行表征。

在視覺(jué)SLAM閉環(huán)檢測(cè)方面，Angeli等提出了一種基于加強(qiáng)視覺(jué)的拓?fù)溟]環(huán)檢測(cè)方法，Cummins等提出了一種基于拓?fù)渫庥^的概率閉環(huán)檢測(cè)方法，這兩種方法雖然能勝任大規(guī)模環(huán)境下的有效檢測(cè)，但是不能滿足SLAM問(wèn)題中高效性和實(shí)時(shí)性的閉環(huán)檢測(cè)要求。RTAB-MAP是一種基于場(chǎng)景外觀的實(shí)時(shí)閉環(huán)檢測(cè)方法，其強(qiáng)大的內(nèi)存管理功能使機(jī)器人能夠長(zhǎng)時(shí)間在線處理每幀圖像，但檢測(cè)的準(zhǔn)確率較低且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的閉環(huán)檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種單目視覺(jué)SLAM中基于圖像外觀的閉環(huán)檢測(cè)方法，能夠有效提高在線閉環(huán)檢測(cè)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題：

一種單目視覺(jué)SLAM中基于圖像外觀的閉環(huán)檢測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟1、移動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)過(guò)程中利用自身攜帶的單目攝像頭采集當(dāng)前場(chǎng)景圖像，并提取當(dāng)前場(chǎng)景圖像的視覺(jué)詞袋特征；

步驟2、計(jì)算當(dāng)前場(chǎng)景圖像與前一幀歷史圖像之間的內(nèi)容相似度，如內(nèi)容相似度的最大值小于預(yù)設(shè)的相似度閾值，則保存當(dāng)前場(chǎng)景圖像并轉(zhuǎn)而執(zhí)行步驟3；否則，刪除當(dāng)前場(chǎng)景圖像并轉(zhuǎn)至步驟1，獲取新圖像，其中，當(dāng)前場(chǎng)景圖像I_t與前一幀歷史圖像I_c之間的內(nèi)容相似度S，按照以下公式計(jì)算得到：

S=(VIt,VIc)|VIt||VIc|]]>

式中，表示當(dāng)前場(chǎng)景圖像I_t的視覺(jué)詞袋特征向量，表示前一幀歷史圖像I_c的視覺(jué)詞袋特征向量；

步驟3、利用貝葉斯濾波方法不斷更新閉環(huán)假設(shè)狀態(tài)的后驗(yàn)概率進(jìn)行閉環(huán)檢測(cè)，判斷當(dāng)前場(chǎng)景圖像是否發(fā)生閉環(huán)。

為了提升閉環(huán)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，本發(fā)明還進(jìn)一步利用圖像逆檢索的方法對(duì)步驟3得到的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，具體地，本發(fā)明方法還包括：