[發明專利]一種基于VSLAM的稀疏三維點云圖的視覺定位方法

在審

• 申請號: 201911127519.5
• 申請日: 2019-11-18
• 公開（公告）號: CN110889349A
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 馬琳;姜晗;譚學治;王彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/46;G06K9/62
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 孫莉莉

本發明提出一種基于VSLAM的稀疏三維點云圖的視覺定位方法，本發明通過改動開源的ORB?SLAM系統的輸出，得到相機軌跡、相機坐標系與全局坐標系的轉移矩陣以及全局坐標系下的稀疏三維點云圖，三維點云為關鍵路標點的三維坐標，并基于獲得的信息建立起初始的圖像數據庫，從而基于建立好的圖像數據庫實現用戶定位，本發明提出利用建立好的稀疏三維點云圖與用戶輸入圖像進行匹配，從而減少重復匹配次數，提高定位速度。同時，基于此可以進一步對圖像數據庫進行壓縮，降低圖像數據庫容量。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，是一種結合計算機視覺領域中基于視覺的同時定位與建圖技術(Visual based Simultaneous Localization and Mapping,VSLAM)以及多視圖幾何理論的室內視覺定位方法，特別是涉及一種基于VSLAM的稀疏三維點云圖的視覺定位方法。

背景技術

隨著科技的發展，人們會經常出入大型未知室內環境，如大型商場、藝術展覽館、飛機場等。因此，位置定位服務越來越受到人們的重視。而在比較復雜的室內環境中，傳統的GPS定位方法因信號衰減而失效。近年來，多種室內定位技術被先后提出。相對于其他需要布置額外設備的室內定位方法，基于視覺的室內定位方法無需其他設施，在成本和精度上占有一定的優勢。同時，因為室內視覺信息豐富、基于圖像的特征提取技術日漸成熟、手機設備的快速發展使得每部智能手機上都集成有一顆以上的攝像頭等綜合原因，基于視覺的室內定位技術逐漸成為研究熱點。

室內基于視覺的室內定位系統主要分為離線和在線兩個階段：離線階段采集待定位的室內數據庫圖像以及拍攝圖像的位置，在線階段用戶拍攝照片并進行定位。在視覺定位中，用戶首先通過智能移動終端上配備的相機在室內場景中拍攝圖像；然后，通過用戶拍攝的圖像進行視覺特征提??；最后，用戶拍攝的圖像將與數據庫圖像進行特征匹配，并在此基礎上對相機的位置進行求解。視覺定位的優勢在于無需布設定位設施，只需要在室內場景中預先建立圖像數據庫，并在定位階段獲取用戶拍攝的圖像，便可實現對用戶的位置估計。此外，因為視覺定位算法是以像素為單位進行相機位置求解的，所以視覺定位算法在理論上可以實現高精度的位置估計。

視覺定位的技術關鍵分別在于圖像數據庫的建立、圖像搜索以及定位方法三個方面，其技術基礎是圖像數據庫的建立。相對于傳統的逐點采集圖像信息并計算其位置信息的圖像數據庫建立方法，利用VSLAM技術建立圖像數據庫更為高效。SLAM技術源于機器人領域，旨在解決機器人在位置環境中定位及建圖問題，VSLAM主要是指輸入信號為視覺信號。VSLAM算法大體上可以分為前端視覺里程計、后端優化、回環檢測以及建圖四個部分：首先從視覺傳感器得到圖像信息，視覺里程計估算相鄰圖片之間的相機運動；然后，通過回環檢測判斷相機是否重返以前到過的位置；接著，將視覺里程計與回環檢測的內容送入后端進行優化；最后，根據估計的相機軌跡與姿態實現三維場景重建。

一般來說，位置服務要求實時性，視覺定位在現階段影響定位速度的最大因素是圖像匹配時需要遍歷圖像數據庫?，F今的大多方法是在圖像搜索算法上進行改進，或者以分層的結構建立圖像數據庫，以此來提高圖像匹配速度。但圖像數據庫中相鄰圖像間往往存在很大的冗余，在遍歷圖像數據庫時需要對多張圖像的相同特征進行多次重復匹配。當定位環境較大，圖像數據庫容量較大時，會嚴重影響定位速度?；诖耍景l明提出利用建立好的稀疏三維點云圖與用戶輸入圖像進行匹配，從而減少重復匹配次數，提高定位速度。同時，基于此可以進一步對圖像數據庫進行壓縮，降低圖像數據庫容量。

發明內容

本發明目的是為了解決現有技術中存在的問題，提出了一種基于VSLAM的稀疏三維點云圖的視覺定位方法。本發明通過改動開源的ORB-SLAM系統的輸出，得到相機軌跡、相機坐標系與全局坐標系的轉移矩陣以及全局坐標系下的稀疏三維點云圖，三維點云為關鍵路標點的三維坐標。并基于獲得的信息建立起初始的圖像數據庫。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明提出一種基于VSLAM的稀疏三維點云圖的視覺定位方法，所述方法包括以下步驟：