[發明專利]視覺里程計的實現方法和實現裝置

有效

• 申請號: 201910554021.0
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN112129272B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 查紅彬;王欣;姜立;方奕庚
• 申請（專利權）人: 京東方科技集團股份有限公司;北京大學
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G01C22/00
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 黃燦;胡影

本發明提供一種視覺里程計的實現方法和實現裝置，該實現方法包括：建立用于表述攝像機的位置變化的第一模型函數，所述第一模型函數中采用作用在攝像機上的力表述所述攝像機的位置變化；建立用于表述所述攝像機的朝向變化的第二模型函數，所述第二模型函數中采用所述攝像機的角速度表述所述攝像機的朝向變化；根據所述第一模型函數、所述第二模型函數以及慣性傳感器觀測到的所述攝像機的加速度和角速度，得到目標函數；對所述目標函數進行優化，得到優化后的作用在所述攝像機上的力和所述攝像機的角速度。本發明可以保證求解得到的攝像機軌跡是滿足實際的物理規律的且具有速度連續的軌跡，同時能夠在任意時刻與慣性傳感器的數據進行融合。

技術領域

本發明涉及視覺里程計技術領域，尤其涉及一種視覺里程計的實現方法和實現裝置。

背景技術

視覺里程計的目標是根據攝像機拍攝的圖像估計攝像機的運動軌跡。當前視覺里程計的實現方法中，沒有考慮攝像機采集的每幀圖像之間的時域約束關系，獨立求解每幀圖像的攝像機姿態，忽略了連續幀圖像之間攝像機運動的物理約束，這樣導致最終的攝像機姿態計算結果會在實際位置周圍抖動，不具有連續性且不符合軌跡應該滿足的物理約束，會對機器人、自動駕駛的控制帶來致命問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種視覺里程計的實現方法和實現裝置，用于解決現有的視覺里程計得到的攝像機姿態的計算結果不準確的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種視覺里程計的實現方法，包括：

建立用于表述攝像機的位置變化的第一模型函數，所述第一模型函數中采用作用在攝像機上的力表述所述攝像機的位置變化；

建立用于表述所述攝像機的朝向變化的第二模型函數，所述第二模型函數中采用所述攝像機的角速度表述所述攝像機的朝向變化；

根據所述第一模型函數、所述第二模型函數以及慣性傳感器觀測到的所述攝像機的加速度和角速度，得到目標函數；

對所述目標函數進行優化，得到優化后的作用在所述攝像機上的力和所述攝像機的角速度。

可選的，作用在所述攝像機上的力能夠分解成：世界坐標系下方向和大小保持不變的力F_w，攝像機坐標系下大小保持不變的力F_b，和，世界坐標系下在時刻t_u新增加的力F_u；

所述對所述目標函數進行優化，得到優化后的作用在所述攝像機上的力和所述攝像機的角速度包括：

對所述目標函數進行優化，得到一時間窗內的優化后的作用在所述攝像機上的力和所述攝像機的角速度，所述時間窗的開始時刻由F_u確定。

可選的，所述第一模型函數為：

其中，s(t)是所述攝像機在時刻t在三維空間中的位置，t_i為第i個時間窗內的開始時刻，Δt為第i個時間窗內的時刻t與t_i的時間差，m為所述攝像機的質量，q(t)為所述攝像機在時刻t的朝向的四元數表示，R[q(t)] 為在時刻t攝像機坐標系變換到世界坐標系下的變換矩陣。

可選的，所述第二模型函數為：

其中，q(t)為所述攝像機在時刻t的朝向的四元數表示，ω(t)為所述攝像機在時刻t的角速度，t_i為第i個時間窗內的開始時刻，Δt為第i個時間窗內的時刻t與t_i的時間差，°為四元數的乘法運算。

可選的，所述目標函數為：