[發明專利]基于數字影像地圖與特征點跟蹤的視覺位姿實時估計方法

有效

• 申請號: 202010763607.0
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111915651B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 劉貴喜;蔡一凡;吳成一;馬建平;賈耀;張鵬飛;高玉舂
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06T7/269;G06T7/73;G06V20/17;G06V10/46;G06V10/62;G06V10/75;G06V10/80
• 代理公司: 西安吉順和知識產權代理有限公司 61238
• 代理人: 吳倩倩

本發明屬于視覺導航領域，確切講是基于數字影像地圖與特征點跟蹤的視覺位姿實時估計方法，其特征是，它采用光流法跟蹤幀間匹配特征點，由此一步得到后續幀匹配點對，免去逐幀檢測與匹配的繁瑣過程，實現了逐幀視覺位姿實時估計。它提出基于數字影像地圖與特征點跟蹤的視覺位姿實時估計方法，以便實現在室外大型場景下的實時逐幀高精度視覺位姿估計，綜合不同場景下位姿估計實驗每秒平均幀率達到55幀以上，為實時視覺導航估計提供了保障。

技術領域

本發明屬于視覺導航領域，確切講是基于數字影像地圖與特征點跟蹤的視覺位姿實時估計方法。

背景技術

目前，GNSS(Global?Navigation?Satellite?System,全球導航衛星系統)和INS(Inertial?Navigation?System，慣性導航系統)的組合導航是無人機領域常用的導航方式，具有精度高、實時性好等優勢。但是一些復雜環境(如山谷、原始叢林、城市巷道、強電磁干擾、網電攻擊等情況)可導致GNSS信號丟失(稱為GNSS拒止)。由于沒有衛星定位提供的無人機定位位置信息，無人機無法實現“GNSS+INS”組合導航，而INS由于誤差累積效應，根本無法支持無人機長時間的準確導航和安全飛行。基于以上情況，視覺導航技術應運而生，它僅依靠視覺傳感器獲得的圖像就可以解算出無人機導航所需的位姿參數，具有成本低、功耗小、精度高等優勢。“視覺+INS”組合導航可以成為“GNSS+INS”導航的一種最重要的替代方案，為無人機在GNSS拒止條件下的安全飛行提供了保障。視覺導航通常使用無人機影像與超大數字影像地圖匹配的方法實現無人機位姿估計，超大數字影像地圖指的是圖像尺寸大小在4000像素×4000像素以上的圖像。無人機視覺導航的基本環節為特征點檢測、特征點匹配、視覺位姿估計以及融合處理等。其中特征點檢測與特征點匹配是最耗時的環節，若無人機拍攝地面影像(720像素×576像素)與數字影像地圖(4000像素×4000像素)采用SURF(Speeded?Up?Robust?Features)算法進行特征點檢測與匹配，從檢測特征點到完成匹配過程大約需要5s，根本無法滿足逐幀采用無人機拍攝地面影像與超大數字影像地圖匹配的方法進行位姿估計的需求。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術存在的缺點，提出基于數字影像地圖與特征點跟蹤的視覺位姿實時估計方法，以便實現在室外大型場景下的實時逐幀高精度視覺位姿估計，綜合不同場景下位姿估計實驗每秒平均幀率達到55幀以上，為實時視覺導航估計提供了保障。

本發明的目的是這樣實現的，基于數字影像地圖與特征點跟蹤的視覺位姿實時估計方法，其特征是，至少包括如下步驟：

步驟101：獲取先驗數字影像地圖(4000像素×4000像素)；

步驟102：對數字影像地圖進行SURF特征點檢測，將特征按照區域塊大小進行保存，建立先驗特征數據庫；

步驟103：獲得無人機拍攝地面影像(720像素×576像素)；

步驟104：對步驟103獲取的無人機拍攝地面影像初始幀進行SURF特征點檢測；

步驟105：將步驟104檢測的特征點與步驟102建立的先驗特征數據庫進行初始幀匹配得到成功匹配的無人機拍攝地面影像中2D特征點p_c(x_c,y_c)和先驗特征數據庫中世界坐標系下3D點p_w(x_w,y_w,z_w)；

步驟106：將步驟105得到成功匹配的特征點對p_c(x_c,y_c)和p_w(x_w,y_w,z_w)送入PnP(Perspective-n-Point)視覺位姿估計模型進行視覺位姿估計，得到無人機的初始位姿；