[發明專利]已知相對旋轉角度條件下的像機相對運動估計方法

有效

• 申請號: 202110596663.4
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113048985B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 關棒磊;譚澤;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: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16;G06F17/16;G06T7/262;G06T7/70
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本申請涉及一種已知相對旋轉角度條件下基于仿射匹配點對的像機相對運動估計方法。利用慣性測量單元與像機固聯安裝條件時，慣性測量單元和像機在運動過程中各自的相對旋轉角相同這一性質，慣性測量單元輸出的相對旋轉角可以直接用作像機或多像機的相對旋轉角，可應用于慣性測量單元與像機之間的安裝關系未知或存在變化等更廣泛的場景。同時，引入了像機或多像機系統相對旋轉角已知的情況，采用兩個仿射匹配點對的圖像坐標及領域中的局部仿射變換矩陣，即可估計單像機和多像機系統的相對運動。從而提高計算精度和效率，適用于計算能力有限的設備，例如無人機自主導航、自動駕駛汽車和增強現實設備。

技術領域

本申請涉及定位技術領域，特別是涉及一種已知相對旋轉角度條件下的像機相對運動估計方法。

背景技術

單像機或多像機的相對運動估計是三維視覺中的一個基本問題，例如機器人定位和地圖繪制，增強現實和自動駕駛。單像機系統采用中心透視投影模型建模，單像機的相對運動估計通常利用5個同名點對的本質矩陣算法，或者利用4個同名點對的單應性矩陣算法。多像機系統由固定在單一剛體上的多個單像機組成。它采用通用像機模型建模，且沒有單一的投影中心。多像機的相對運動估計通常利用6個同名點對的最小配置解，或者17個同名點對的線性求解方法。

當前，手機、無人機等電子設備中通常都有慣性測量單元和像機等傳感器，而且慣性測量單元和像機固聯安裝，因此可以利用慣性測量單元為像機相對運動估計提供旋轉角度信息，主要可分為以下兩種情況：（1）若慣性測量單元與像機之間的安裝關系事先精確標定已知，根據慣性測量單元輸出的旋轉角度能夠直接為像機提供姿態角，從而減少像機相對運動估計中待求解的位姿參數。例如，在慣性測量單元為像機提供統一重力方向的條件下，利用3個同名點對能夠估計單像機系統的相對運動，4個同名點對能夠估計多像機系統的相對運動。（2）若慣性測量單元與像機之間的安裝關系未知，可根據兩者固聯安裝條件下，慣性測量單元和像機在運動過程中各自的相對旋轉角相同這一性質，慣性測量單元輸出的相對旋轉角可以直接用作像機的相對旋轉角，同樣能減少像機相對運動估計中待求解的位姿參數。利用4個同名點對和5個同名點對分別能估計單像機系統和多像機系統的相對運動。由于不需要對慣性測量單元與像機進行標定，使得慣性測量單元和像機的融合更加靈活方便，在三維重建、視覺里程計等領域具有廣泛的應用場景。

傳統的相對運動估計算法通常采用SIFT和SURF等特征算法獲得同名點對。目前多視圖幾何估計中，通過ASIFT和MODS等特征算法提取的仿射匹配點對，因為包含更多的圖像點對信息而受到了越來越多的關注。仿射匹配點對不僅包括同名點對的圖像坐標，而且包括同名點對之間領域信息的局部仿射矩陣。每個仿射匹配點對在對極幾何關系上給出三個約束方程，能夠有效減少相對運動估計方法所需點對的數量。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種能夠利用仿射匹配點對解決已知相對旋轉角度條件下的像機相對運動估計方法。

一種已知相對旋轉角度條件下的像機相對運動估計方法，所述方法包括：

獲取像機拍攝的第一視圖和第二視圖中至少兩個仿射匹配點對，選擇第j個所述仿射匹配點對建立世界參考系；所述世界參考系的原點為第j個所述仿射匹配點對在三維空間中的位置，所述世界參考系的坐標軸方向與所述第一視圖方向一致；

獲取所述第一視圖和所述第二視圖之間的第一位姿關系，獲取所述第一視圖和所述世界參考系的第二位姿關系，以及獲取第二視圖和所述世界參考系的第三位姿關系；所述第一位姿關系、所述第二位姿關系以及所述第三位姿關系中均包括旋轉矩陣和平移向量；

對所述旋轉矩陣和所述平移向量進行參數化，以及根據所述第一視圖和所述第二視圖之間的相對旋轉角度，確定所述旋轉矩陣對應未知數的旋轉參數約束；

采用參數化后的所述旋轉矩陣和所述平移向量表示所述第一位姿關系以及獲取對應的本質矩陣；