[發明專利]視覺定位導航裝置及其方法

在審

• 申請號: 201710247355.4
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107357286A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 黃繼銘;黃成
• 申請（專利權）人: 兩只螞蟻公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京萬慧達知識產權代理有限公司11111
• 代理人: 黃玉東,李軼

1.一種視覺定位導航裝置，包括

運動模塊，用于相應驅動機器人，并且實時獲取所述機器人的當前位姿信息；

相機模塊，包含圖像傳感器，用于采集在機器人移動過程中的環境圖像；

圖像處理模塊，用于對由所述圖像傳感器采集的所述環境圖像進行特征提取和特征描述；以及

位姿估計模塊，用于建立包含多個特征點的特征數據庫，比較所述環境圖像的特征點描述與所述特征數據庫中的所述多個特征點，計算所述機器人的位姿修正量，并且基于所述當前位姿信息和所述位姿修正量來得到修正后的機器人位姿。

2.如權利要求1所述的視覺定位導航裝置，其特征在于，所述運動模塊配置為通過陀螺儀獲得機器人的當前偏轉角度θ，并且通過輪子上的光電脈沖計數器來獲得機器人的移動距離d，并且所述機器人的當前位姿(Rx，Ry，Rth)是根據下式來計算：

Rth2＝Rth1+θ；

Rx2＝Rx1+d*cos(θ)；

Ry2＝Ry1+d*sin(θ)。

3.如權利要求1所述的視覺定位導航裝置，其特征在于，所述相機模塊位于機器人的正上方，并且所述環境圖像為天花板照片。

4.如權利要求1所述的視覺定位導航裝置，其特征在于，所述圖像處理模塊包括：

圖像預處理單元，配置為對所述環境圖像做預處理來去除鏡頭畸變對于特征描述的影響；以及

特征點描述單元，配置為用ORB特征點檢測方法來提取所述環境圖像中的特征點以及對所述特征點進行多維描述。

5.如權利要求1所述的視覺定位導航裝置，其特征在于，所述位姿估計模塊包括：

匹配單元，用于根據多個特征點的多維描述來比較所述環境圖像的特征點描述與所述特征數據庫中的所述多個特征點，如果所述當前環境圖像的特征點描述不匹配所述特征數據庫中的至少一個特征，則將所述環境圖像的相應數據存入所述特征數據庫；以及

位姿修正單元，用于如果所述匹配單元指示所述當前環境圖像的特征點描述匹配于所述特征數據庫中的至少一個特征，則計算所述機器人的位姿修正量，并且基于所述機器人的當前位姿和所述位姿修正量來得到修正后的機器人位姿。

6.如權利要求5所述的視覺定位導航裝置，其特征在于，所述匹配單元配置為：采用歐氏距離作為特征的相似性度量，得到兩幀圖像中的特征點匹配對。

7.如權利要求5所述的視覺定位導航裝置，其特征在于，所述位姿修正單元配置為：

計算兩幅圖像中匹配像素的像素距離代表的空間中相機位置間的距離的值；

對每兩幀圖像之間的旋轉角度θ與像素平移量pd，計算出一組當前機器人的估計位姿；

使用k-means聚類的方法求得機器人位姿的最終估計值；

將該估計值與機器人的當前未修正的位姿結果相減，得到機器人位姿的修正量；以及

將當前的位姿與修正量相加，獲得修正后位姿。

8.如權利要求7所述的視覺定位導航裝置，其特征在于，所述位姿修正單元配置為根據下式計算出一組當前機器人的估計位姿：

Rth＝Dth+θ

Rx＝Dx+pd*k*cos(Rth)

Ry＝Dy+pd*k*sin(Rth)

其中k為像素的像素距離與空間中相機位置間的距離的比例值，并且Dx，Dy，Dth為當時機器人的位姿。

9.一種視覺定位導航方法，包括

驅動機器人，并且在驅動期間實時獲取所述機器人的當前位姿信息；

采集在機器人移動過程中的環境圖像；

對所述環境圖像進行特征提取和特征描述；

建立特征數據庫；以及

比較所述環境圖像的特征點描述與所述特征數據庫中的所述多個特征點，計算所述機器人的位姿修正量，并且基于所述機器人的當前位姿信息和所述位姿修正量來得到修正后的機器人位姿。