[發(fā)明專利]一種基于三維點(diǎn)云對(duì)齊的主動(dòng)相機(jī)重定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011089548.X
• 申請(qǐng)日: 2020-10-13
• 公開（公告）號(hào): CN112365537B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮偉;張乾;萬亮;王英銘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/73
• 分類號(hào): G06T7/73;G06T7/246
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 韓帥

1.一種基于三維點(diǎn)云對(duì)齊的主動(dòng)相機(jī)重定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟一，初始化：獲取平臺(tái)與相機(jī)之間的相對(duì)位姿關(guān)系，以及SLAM三維重建的真實(shí)尺度；

步驟二，開啟VSE線程，實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前場(chǎng)景的具有真實(shí)尺度的三維點(diǎn)云和當(dāng)前相機(jī)的位姿；在VSE線程中獲取當(dāng)前場(chǎng)景的具有真實(shí)尺度的三維點(diǎn)云和當(dāng)前相機(jī)的位姿的具體方法為：

(1)借助視覺三維重建算法VSE獲取當(dāng)前場(chǎng)景的點(diǎn)云和相機(jī)的相對(duì)位姿R_VSE和t_VSE；

(2)借助點(diǎn)云的真實(shí)尺度因子s，將R_VSE和t_VSE轉(zhuǎn)換為具有真實(shí)尺度的R_A和t_A，其中：R_A是相機(jī)的旋轉(zhuǎn)矩陣；t_VSE是沒有真實(shí)尺度信息的平移向量；

步驟三，開啟點(diǎn)云對(duì)齊線程，進(jìn)行參考點(diǎn)云和當(dāng)前點(diǎn)云的對(duì)齊，實(shí)時(shí)獲取兩點(diǎn)云之間的尺度變換和位姿關(guān)系；點(diǎn)云對(duì)齊線程中進(jìn)行參考點(diǎn)云和當(dāng)前點(diǎn)云的對(duì)齊，獲取兩點(diǎn)云之間的尺度變換和位姿關(guān)系的具體方法為：

(1)從VSE線程獲取當(dāng)前場(chǎng)景的點(diǎn)云

(2)通過優(yōu)化幾何對(duì)齊偏差E_g，為參考點(diǎn)云和當(dāng)前點(diǎn)云進(jìn)行一次快速對(duì)齊，獲得兩個(gè)點(diǎn)云之間的尺度變換以及位姿變換和

(3)將快速對(duì)齊得到的結(jié)果和作為初始值，通過對(duì)幾何對(duì)齊偏差E_g和光學(xué)成像偏差E_p同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)和進(jìn)行高精度對(duì)齊；光學(xué)成像偏差E_p為利用光學(xué)投影關(guān)系構(gòu)建的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，具體形式在下文中列出；

其中:為關(guān)鍵幀的索引，為關(guān)鍵幀的個(gè)數(shù)；是當(dāng)前關(guān)鍵幀的相機(jī)位姿，D^u為第u張當(dāng)前關(guān)鍵幀的圖片；為空間點(diǎn)投影函數(shù)，給定相機(jī)位姿三維點(diǎn)求得對(duì)應(yīng)的二維投影；

步驟四，開啟相機(jī)調(diào)整線程，在VSE線程和點(diǎn)云對(duì)齊線程輔助下計(jì)算移動(dòng)平臺(tái)調(diào)整量并執(zhí)行；判斷重定位是否結(jié)束，若重定位完成則終止，否則重復(fù)步驟四。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三維點(diǎn)云對(duì)齊的主動(dòng)相機(jī)重定位方法，其特征在于，初始化階段獲取平臺(tái)與相機(jī)之間的相對(duì)位姿關(guān)系，以及SLAM三維重建的真實(shí)尺度的具體方法為：

(1)移動(dòng)承載相機(jī)的平臺(tái)，得到平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)矩陣R_B和平移向量t_B；其中：下標(biāo)A代表相機(jī)，B代表平臺(tái)；

(2)由視覺三維重建算法獲取相機(jī)的旋轉(zhuǎn)矩陣R_A以及沒有真實(shí)尺度信息的平移向量t_VSE；

(3)根據(jù)經(jīng)典的“手-眼”標(biāo)定算法，計(jì)算相機(jī)與平臺(tái)之間的旋轉(zhuǎn)矩陣R_X；

(4)借助已知的R_X，t_B以及t_VSE，計(jì)算點(diǎn)云的真實(shí)尺度因子s，以及相機(jī)與平臺(tái)之間的平移向量t_X。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三維點(diǎn)云對(duì)齊的主動(dòng)相機(jī)重定位方法，其特征在于，相機(jī)調(diào)整線程中計(jì)算移動(dòng)平臺(tái)調(diào)整量并判斷重定位過程是否完成的具體方法為：

1.1從點(diǎn)云對(duì)齊線程獲取當(dāng)前和參考點(diǎn)云之間的尺度變換以及位姿變換和

1.2從VSE線程獲取當(dāng)前場(chǎng)景的點(diǎn)云

1.3根據(jù)已知的相機(jī)參考位姿和相機(jī)當(dāng)前位姿，以及兩個(gè)點(diǎn)云之間的尺度關(guān)系、位姿關(guān)系，以及平臺(tái)與相機(jī)之間的相對(duì)位姿關(guān)系獲取平臺(tái)的調(diào)整量

1.4計(jì)算移動(dòng)矩陣與單位矩陣I₄的距離

1.5若距離小于閾值η，則認(rèn)為重定位完成，否則跳回1.1。