[發(fā)明專利]一種基于單目ORB-SLAM的自動(dòng)化地圖恢復(fù)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911325034.7
• 申請(qǐng)日: 2019-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN111141295B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛源;孫永榮;趙科東;趙偉;李榮冰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/32
• 分類號(hào): G01C21/32
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 朱楨榮

本發(fā)明公開了一種基于單目ORB?SLAM的自動(dòng)化地圖恢復(fù)方法，通過(guò)對(duì)ORB?SLAM建圖流程進(jìn)行改進(jìn)，解決由于復(fù)雜環(huán)境影響導(dǎo)致地圖跟蹤失敗的問(wèn)題，通過(guò)RTK信息輔助視覺的形式，不用回到原始場(chǎng)景進(jìn)行重定位，可以快速恢復(fù)跟蹤建圖，并將丟失前的地圖信息自動(dòng)化融入到當(dāng)前建圖系統(tǒng)中，提高建圖效率的同時(shí)，保證視覺地圖構(gòu)建的尺度一致性和完整性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及視覺建圖技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于單目ORB-SLAM的自動(dòng)化地圖恢復(fù)方法。

背景技術(shù)

視覺同步定位與建圖技術(shù)(Simultaneous?Localization?and?Mapping,SLAM)從上世紀(jì)九十年代提出發(fā)展到現(xiàn)在，是視覺自主導(dǎo)航的核心技術(shù)之一，可以對(duì)連續(xù)圖像進(jìn)行信息提取和處理，增量式構(gòu)建出與未知環(huán)境一致的視覺地圖，通過(guò)與傳統(tǒng)的導(dǎo)航方式如GPS、慣導(dǎo)進(jìn)行組合，為實(shí)際環(huán)境提供一種自動(dòng)化地理信息測(cè)繪方法。

基于單目視覺的ORB(Oriented?FAST?and?Rotated?BRIEF，一種改進(jìn)的FAST角點(diǎn)與BRIEF描述子相結(jié)合的特征檢測(cè)算法)-SLAM對(duì)連續(xù)圖像信息進(jìn)行特征提取及匹配，采用兼顧計(jì)算量和魯棒性的跟蹤機(jī)制對(duì)相機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行估計(jì)和優(yōu)化，進(jìn)而恢復(fù)出較為稀疏的特征地圖，是目前魯棒性較高的視覺基準(zhǔn)地圖測(cè)繪方法之一。但是視覺信息具有易受環(huán)境影響的局限性，在運(yùn)動(dòng)劇烈、圖像模糊、紋理不明顯的情況下，會(huì)出現(xiàn)相機(jī)運(yùn)動(dòng)幅度過(guò)大或圖像特征提取較少的問(wèn)題，導(dǎo)致跟蹤機(jī)制中的勻速運(yùn)動(dòng)模型以及關(guān)鍵幀匹配模型失效，針對(duì)一些環(huán)境使得相機(jī)快速回到原始場(chǎng)景中進(jìn)行重定位，使得系統(tǒng)處于長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法繼續(xù)跟蹤建圖狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致地圖測(cè)繪效率低，部分場(chǎng)景地圖構(gòu)建缺失的問(wèn)題。

針對(duì)跟蹤失敗而導(dǎo)致地圖丟失的情況，可以采用局部子地圖法，即利用SLAM進(jìn)行分段測(cè)繪然后將子地圖信息傳遞給全局地圖，然而該方法無(wú)法建立子地圖之間的聯(lián)系，因此不能保證地圖的全局一致性，對(duì)于單目視覺，由于尺度不確定性使得子地圖也無(wú)法直接拼接。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于單目ORB-SLAM的自動(dòng)化地圖恢復(fù)方法，本發(fā)明提高視覺地圖構(gòu)建效率的基礎(chǔ)上，保證全局地圖的完整性和尺度一致性。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

根據(jù)本發(fā)明提出的一種基于單目ORB-SLAM的自動(dòng)化地圖恢復(fù)方法，包括以下步驟：

步驟1、同步采集圖像序列以及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分RTK數(shù)據(jù)，進(jìn)而基于單目ORB-SLAM系統(tǒng)進(jìn)行地圖跟蹤與構(gòu)建，恢復(fù)地圖信息；

步驟2、若建圖跟蹤失敗，保存當(dāng)前地圖信息，并記錄關(guān)鍵幀與地圖點(diǎn)序號(hào)；

步驟3、重置視覺地圖構(gòu)建系統(tǒng)，利用單目初始化進(jìn)行地圖重建；

步驟4、基于RTK信息輔助，自動(dòng)化恢復(fù)并融合丟失地圖信息；

步驟5、若視覺跟蹤再次失敗，重復(fù)步驟2-4直到地圖構(gòu)建結(jié)束。

作為本發(fā)明所述的一種基于單目ORB-SLAM的自動(dòng)化地圖恢復(fù)方法進(jìn)一步優(yōu)化方案，步驟1具體如下：

采用線性插值的方法，根據(jù)時(shí)間戳將RTK定位信息與視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊，進(jìn)而基于單目ORB-SLAM建圖框架，以初始關(guān)鍵幀的相機(jī)坐標(biāo)系為視覺坐標(biāo)系進(jìn)行地圖跟蹤與構(gòu)建，地圖信息包括關(guān)鍵幀序列、三角化恢復(fù)的地圖點(diǎn)以及關(guān)鍵幀與關(guān)鍵幀之間的共視關(guān)系；