[發明專利]一種實時高精度視覺里程計方法

在審

• 申請號: 201810330038.3
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108534797A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 尹繼豪;范維思;袁丁;朱紅梅;李文越
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C22/00
• 分類號: G01C22/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種實時高精度視覺里程計方法，即通過交叉檢驗下的閉環角點匹配策略以及基于角點生存周期的目標函數權值設置，實時獲得系統的里程信息。該方法如下：1)通過分塊HARRIS角點檢測，得到立體圖像對中的角點位置；2)通過角點周圍的像素信息，得到角點的歸一化描述符；3)立體圖像對之間進行角點交叉檢驗匹配，之后對立體圖像對和前后圖像對之間的角點進行閉環檢測，得到匹配角點集合；4)通過匹配角點集合的重投影誤差構造目標函數，并根據角點的生存周期設置權值；5)通過RANSAC算法以及高斯牛頓法求解里程信息。本發明的優點在于獲得高精度的匹配點集，降低了RANSAC算法選擇內點的時間，可進行實時里程信息計算。

技術領域

本發明涉及一種實時高精度視覺里程計方法，適用針對自動駕駛系統和機器人導航系統進行里程計算，屬于工程技術領域。

背景技術

智能移動機器人是目前人工智能方向發展最活躍的一個領域之一，受到了各國研究機構的廣泛關注。隨著硬件性能的提高與軟件系統的完善，移動機器人已經成功用于工業、農業、醫療等行業。里程計作為其中最基本的系統之一，用于機器人導航與定位，是機器人完成其他任務的基礎與前提。其結構總的設計要求是：速度快、精確度高、低成本，滿足機器人的實時精確定位與導航的需求。

二十世紀八十年代以來，隨著計算機視覺定位算法的發展，以視覺方法為基礎的視覺里程計在機器人導航與定位中得到了飛速的發展和廣泛的應用。視覺里程計是隨著視覺定位方法的發展而迅速發展起來的一種以相機為載體，通過視覺方法進行定位與導航的新型里程計方法。視覺里程計包括對外界場景進行拍攝與里程計算，外界場景變化會引起相機拍攝圖像中角點位置的改變，通過角點位置的改變，視覺方法可以提取出機器人當前的位置信息從而進行導航。

傳統的視覺里程計在特征匹配中使用單向閉環策略，即從兩對立體圖像的其中一張出發，經過一輪單向匹配后，最終能回到特征點原來位置，認為是成功匹配的特征點；在解算時以特征點的重投影誤差構造目標函數，使用基于重投影誤差大小的權值。然而，單向匹配出現匹配錯誤的幾率大，閉環中的任何一環出現錯誤都會導致整個閉環出現錯誤，影響解算精度，并使RANSAC算法尋找內點時間加長而不能滿足實時性；目標函數只考慮重投影誤差，忽略了前后幀的信息，導致誤差逐漸累積增大。

為解決上述問題，本發明提出一種實時高精度視覺里程計方法，首先，通過HARRIS角點提取方法在前后立體圖像對中進行角點檢測，然后，根據圖像像素信息構造角點的歸一化描述符，之后，在窗口預測的基礎上進行幀間角點交叉檢驗下的閉環匹配，最終根據匹配角點重投影誤差構造目標函數并設置基于特征點生存周期的權值，通過求解目標函數得到里程信息。

發明內容

本發明的目的在于提供一種實時高精度視覺里程計方法，發明了通過交叉檢驗下閉環匹配策略獲得高精度的匹配角點集合，并通過RANSAC算法進行快速內點篩選，根據內點的重投影誤差構造目標函數，同時在權值設置中考慮特征點生存周期，最終實時得到幀間的高精度里程信息。

本發明所涉及的方法流程包括以下步驟：(1)對前后幀立體圖像對進行HARRIS角點檢測，得到角點位置；(2)根據角點周圍的像素信息構造角點描述符；(3)根據角點描述符之間的相似性，對前后幀立體圖像對四張圖像中的角點進行基于交叉檢驗下的閉環匹配；(4)根據匹配點集的重投影誤差構造目標函數，并設置基于角點生存周期的權值；(5)求解目標函數得到里程信息。

下面對該方法流程各步驟進行詳細說明：

(1)使用HARRIS角點檢測方法，設定好參數及塊匹配的區域大小，計算圖像中每個位置HARRIS響應值的大小，根據響應值對前后幀立體圖像對分別進行分塊角點提取，得到各角點的位置信息，具體步驟如下：

①和為前后幀立體圖像對，其中t表示時間，上標l表示左視圖，上標r表示右視圖，計算圖像中每個點的角點響應值H：