[發明專利]基于仿射匹配點對的多像機系統相對位姿估計方法及裝置

有效

• 申請號: 202010501744.7
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111696158B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 關棒磊;易見為;李璋
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/80
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 周達

本發明公開一種基于仿射匹配點對的多像機系統相對位姿估計方法針對多像機系統在不同預設運動狀態下的相對位姿估計問題，提出了對極約束和推導出新的仿射矩陣約束，根據至少一個仿射匹配點表示對應的仿射矩陣約束和對極約束，確定系統方程中待求解未知參量的值。該方法充分利用視圖之間的仿射匹配點對信息，減少了相對位姿估計所需的點對數量，在推導出新的仿射矩陣約束條件下最少只需兩個仿射匹配點對即可恢復多像機系統的6DOF相對位姿；在平面運動約束下，僅需一個仿射匹配點對；在已知垂直方向的條件，僅需二個仿射匹配點對。因此本發明的方法效率高、精度高，可以有效地用于視覺里程計和三維重建等領域中的誤匹配點對的剔除和初始運動估計。

技術領域

本發明涉及多像機系統技術領域，尤其是一種基于仿射匹配點對 的多像機系統相對位姿估計方法及裝置。

背景技術

數十年來，同步定位和建圖(SLAM)、視覺里程計(VO)和 三維重建(SfM)一直是計算機視覺中活躍的研究主題。這些技術已 成功應用于各類場景，例如自動駕駛和視覺導航等領域。單像機或者 多像機系統的前后兩視圖之間的相對姿態估計是SLAM和SfM系統 的重要組成部分，一直被視為SLAM和SfM系統的基礎算法。因此， 提高相對姿態估計算法的精度、效率和魯棒性仍然是人們重點關注的 問題。

典型的多像機SLAM和SfM系統都包含以下主要步驟：首先，通 過特征匹配算法來建立視圖之間的圖像匹配點對；然后，采用隨機抽 樣一致(RANdom SAmple Consensus,RANSAC)等算法剔除圖像匹配 點對中的誤匹配點對。最后，利用圖像匹配點對中的內點求解視圖之 間的相對位姿關系。其中誤匹配點對剔除對于相對位姿估計算法的 精度和魯棒性至關重要，同時誤匹配點對剔除的效率直接影響SLAM 和SfM系統的實時性能。由于在相同的野值比例條件下，RANSAC 的隨機采樣次數隨著最小配置解所需圖像匹配點對數量的增加而成 指數型增長，導致效率較低。同時，目前現有的相對位姿估計算法都 是從一組點對應關系(例如SIFT，SURF等特征描述子)估算位姿參 數，精度不高。

發明內容

本發明提供一種基于仿射匹配點對的多像機系統相對位姿估計 方法及裝置，用于克服現有技術中效率較低、精度不高等缺陷。

為實現上述目的，本發明提出一種基于仿射匹配點對的多像機系 統相對位姿估計方法，所述方法包括：

獲取預設運動狀態下多像機系統的外參數；所述外參數包括旋轉 量和平移量；

確定所述多像機系統中連續幀之間的仿射匹配點表示；所述仿射 匹配點表示包括：仿射匹配點對和局部仿射矩陣；

根據所述仿射匹配點對和所述外參數，確定多像機系統對應的多 像機參考坐標系中的歸一化齊次圖像坐標表示，根據所述歸一化齊次 圖像坐標表示、旋轉量和平移量，確定所述多像機系統中的對極約束；

根據所述外參數，確定所述多像機系統中連續幀之間的轉換矩陣， 根據所述轉換矩陣，確定連續幀之間的基本矩陣；

根據所述基本矩陣，確定所述基本矩陣和所述局部仿射矩陣的關 系表達式，根據所述關系表達式和所述歸一化齊次圖像坐標表示，確 定所述局部仿射矩陣與所述對極約束的仿射矩陣約束；

確定多像機系統的系統方程；所述系統方程中包括：待求解未知 參量；

根據至少一個仿射匹配點表示對應的仿射矩陣約束和所述對極 約束，確定所述系統方程中待求解未知參量的值；

根據待求解未知參量的值確定預設運動狀態下的相對位姿。

為實現上述目的，本發明還提出基于仿射匹配點對的多像機系統 相對位姿估計裝置，所述裝置包括：

外參數處理模塊，用于獲取預設運動狀態下多像機系統的外參數； 所述外參數包括旋轉量和平移量；