[發(fā)明專利]消除靜態(tài)特征誤匹配的機器人定位方法、存儲介質(zhì)及設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210964992.4
• 申請日: 2022-08-11
• 公開（公告）號: CN115393432B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳孟元;陳何寶
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽工程大學(xué);安徽瑞祥工業(yè)有限公司
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/246
• 代理公司: 蕪湖思誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34138
• 代理人: 項磊

1.消除靜態(tài)特征誤匹配的機器人定位方法，其特征在于：以圖像幀為輸入，識別輸出場景中所有靜態(tài)平面的分割圖和空間中每個平面的三維參數(shù)，從而在場景中分割建立分段靜態(tài)平面；靜態(tài)平面區(qū)域中提取點面特征并進行點面特征匹配，采用雙重特征約束的誤匹配剔除策略；面特征的匹配首先構(gòu)建出局部坐標(biāo)系下相鄰2幀中平面的匹配關(guān)系，使用基于平面物理參數(shù)的匹配方法來直接匹配不同坐標(biāo)系下的平面，尋找出匹配候選，隨后利用基于平面幾何約束的面特征誤匹配算法去除匹配候選中的錯誤匹配，得到正確的面特征匹配關(guān)系以及點特征所屬平面信息；根據(jù)點特征所屬平面信息剔除非對應(yīng)平面內(nèi)的點特征匹配，再根據(jù)點特征位置剔除對應(yīng)平面內(nèi)的點特征誤匹配；

具體包括：

步驟S1、根據(jù)機器人所自帶的相機采集環(huán)境信息，分割靜態(tài)平面區(qū)域，該區(qū)域通過實例分割網(wǎng)絡(luò)生成；

步驟S2，提取靜態(tài)平面區(qū)域的點面特征進行面特征匹配，剔除面特征誤匹配；

步驟S3，記錄正確面特征匹配對中所屬點特征信息，剔除非對應(yīng)平面的點特征匹配；

步驟S4，將對應(yīng)平面的點特征匹配進行平面內(nèi)誤匹配剔除以實現(xiàn)二次篩選，剔除剩余點特征錯誤匹配；

所述步驟S2中，平面特征的匹配先分別計算兩平面特征的向量夾角之間的歐式距離和兩平面特征的重心之間的歐式距離，以此表示相似度，對不同相似度進行打分求和得到匹配分?jǐn)?shù)，設(shè)定分?jǐn)?shù)閾值得到面特征匹配候選；相鄰圖像幀中任意兩相同匹配平面間的法向量相等，在最終匹配結(jié)果中的任意兩組匹配平面必須滿足此條件，即滿足夾角相似度約束；將是否滿足該約束轉(zhuǎn)化為有向無環(huán)圖問題解決，從而剔除不滿足夾角相似度約束的面特征誤匹配；

所述無環(huán)圖問題即在m組平面特征匹配候選中，包含n組正確的匹配特征，其中n≤m，則：

(1)有向無環(huán)圖中的節(jié)點是由特征匹配候選組成，根據(jù)得到的匹配分?jǐn)?shù)將匹配候選中分?jǐn)?shù)最高特征匹配候選作為起始節(jié)點，分?jǐn)?shù)最低特征匹配候選作為終止節(jié)點，并規(guī)定有向圖中邊的方向由起始節(jié)點指向終止節(jié)點；

(2)完成有向圖的構(gòu)造后，判斷節(jié)點間是否存在由匹配分?jǐn)?shù)高節(jié)點指向匹配分?jǐn)?shù)低節(jié)點的邊，若兩組匹配平面不滿足夾角相似約束，將邊賦值為0，即這兩個節(jié)點間的邊不存在，否則判斷節(jié)點間存在邊，最終得到n組具有邊的節(jié)點，其所代表的匹配候選即為正確的面特征匹配；

在步驟S3中，記錄對應(yīng)平面內(nèi)的點特征匹配對信息和p_i相對于Z^A的位置與p_j相對于Z^B的位置相似，則最終保留的點特征匹配對應(yīng)滿足下式所示

其中，Z^A、Z^B分別為相鄰幀中對應(yīng)的平面，p_i和p_j是圖像中不同平面Z^A和Z^B中的點特征，p_j是p_i對應(yīng)的匹配點，p_i在圖像中的坐標(biāo)為(u_i，v_i)，平面Z^A的重心坐標(biāo)為(u_ZA，v_ZA)；將不滿足上述表達式的點特征錯誤匹配剔除，得到正確的面匹配；

在步驟S4中，定義相機初始位置狀態(tài)為c_k-1，則另外兩張圖像幀分別相對于c_k-1的狀態(tài)為c_k、c_k+1，c_k相對于c_k-1的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣為R_k、t_k，得到相機的c_k姿態(tài)矩陣為Q_k＝M[R_k|t_k]，其中M為相機的內(nèi)參；將任意匹配對(p_k-1，p_k，p_k+1)齊次變換再歸一化處理得到使用RANSAC算法計算得到在三張連續(xù)幀中的共同特征點并計算點特征對于平面的相對位置閾值，當(dāng)共同特征點的相對位置數(shù)值大于相對位置閾值H則剔除此匹配，H的算式如下式所示：

其中，p_k-1、p_k、p_k+1為連續(xù)幀中c_k-1、c_k、c_k+1對應(yīng)匹配特征點，為的反對稱矩陣，為的i列元素，r₄、u₄為旋轉(zhuǎn)矩陣R_k、R_k+1的第4列矩陣，R_k+1為c_k+1相對于c_k的旋轉(zhuǎn)矩陣，r_i、u_i為旋轉(zhuǎn)矩陣R_k、R_k+1第i列元素，r_i^T、為r_i、u_i的轉(zhuǎn)置矩陣，為p_k-1的第i維坐標(biāo)。