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

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210964992.4
• 申請(qǐng)日: 2022-08-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115393432B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳孟元;陳何寶
• 申請(qǐng)（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(hào): G06T7/73
• 分類號(hào): G06T7/73;G06T7/246
• 代理公司: 蕪湖思誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34138
• 代理人: 項(xiàng)磊

本發(fā)明公開(kāi)了消除靜態(tài)特征誤匹配的機(jī)器人定位方法、存儲(chǔ)介質(zhì)及設(shè)備，機(jī)器人定位方法以圖像幀為輸入，識(shí)別分割得到靜態(tài)平面；靜態(tài)平面區(qū)域中提取點(diǎn)面特征并進(jìn)行點(diǎn)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，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(cuò)誤匹配，得到正確的面特征匹配關(guān)系以及點(diǎn)特征所屬平面信息；根據(jù)點(diǎn)特征所屬平面信息剔除非對(duì)應(yīng)平面內(nèi)的點(diǎn)特征匹配，再根據(jù)點(diǎn)特征位置剔除對(duì)應(yīng)平面內(nèi)的點(diǎn)特征誤匹配。本發(fā)明保證特征匹配的正確率，提高機(jī)器人定位精度，從而構(gòu)建更準(zhǔn)確的軌跡圖，并在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中依然具有較高魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于同步定位與地圖創(chuàng)建(Simultaneous?Location?And?Mapping，SLAM)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及消除靜態(tài)特征誤匹配的機(jī)器人定位方法、存儲(chǔ)介質(zhì)及設(shè)備。

背景技術(shù)

移動(dòng)機(jī)器人同步定位與地圖構(gòu)建(Simultaneous?Localization?And?Mapping，SLAM)主要研究移動(dòng)機(jī)器人如何在復(fù)雜多變的環(huán)境中準(zhǔn)確地估計(jì)自身位姿并構(gòu)建當(dāng)前場(chǎng)景地圖。然而傳統(tǒng)視覺(jué)慣性SLAM方法都假設(shè)相機(jī)處于靜態(tài)場(chǎng)景，能夠在大規(guī)模環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了高精度的定位與構(gòu)圖，但實(shí)際場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng)物體的存在不可避免，對(duì)SLAM系統(tǒng)位姿估計(jì)精度與地圖構(gòu)建準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。剔除動(dòng)態(tài)物體后，視覺(jué)前端提取出足夠數(shù)量的靜態(tài)特征仍需消除錯(cuò)誤匹配影響，在相應(yīng)的點(diǎn)、面特征匹配的過(guò)程中，圖像紋理的相似、噪聲的影響及閾值的選擇不當(dāng)?shù)瓤赡軐?dǎo)致誤匹配現(xiàn)象發(fā)生。平面特征的匹配錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致非對(duì)應(yīng)平面間產(chǎn)生誤匹配的點(diǎn)，而誤匹配點(diǎn)的存在將會(huì)在一定程度上干擾識(shí)別結(jié)果，降低識(shí)別正確率，且誤匹配點(diǎn)會(huì)在不同場(chǎng)景中有不同程度的影響，必須盡可能將其消除。綜上所述傳統(tǒng)視覺(jué)慣性SLAM方法在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下存在難以準(zhǔn)確剔除動(dòng)態(tài)物體以及特征匹配精度低的問(wèn)題，對(duì)SLAM系統(tǒng)定位精度的影響較大，系統(tǒng)位姿估計(jì)與地圖構(gòu)建的準(zhǔn)確性也受到影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供消除靜態(tài)特征誤匹配的機(jī)器人定位方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中由于動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下難以在剔除動(dòng)態(tài)物體后，使得移動(dòng)機(jī)器人的位姿估計(jì)精度較低，且無(wú)法兼顧可靠性和魯棒性的技術(shù)問(wèn)題。

所述的消除靜態(tài)特征誤匹配的機(jī)器人定位方法，以圖像幀為輸入，識(shí)別輸出場(chǎng)景中所有靜態(tài)平面的分割圖和空間中每個(gè)平面的三維參數(shù)，從而在場(chǎng)景中建立分段靜態(tài)平面；靜態(tài)平面區(qū)域中提取點(diǎn)面特征并進(jìn)行點(diǎn)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(lái)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(cuò)誤匹配，得到正確的面特征匹配關(guān)系以及點(diǎn)特征所屬平面信息；根據(jù)點(diǎn)特征所屬平面信息剔除非對(duì)應(yīng)平面內(nèi)的點(diǎn)特征匹配，再根據(jù)點(diǎn)特征位置剔除對(duì)應(yīng)平面內(nèi)的點(diǎn)特征誤匹配。

優(yōu)選的，所述機(jī)器人定位方法具體包括：

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

步驟S2，提取靜態(tài)平面區(qū)域的點(diǎn)面特征進(jìn)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(duì)中所屬點(diǎn)特征信息，剔除非對(duì)應(yīng)平面的點(diǎn)特征匹配；

步驟S4，將對(duì)應(yīng)平面的點(diǎn)特征匹配進(jìn)行平面內(nèi)誤匹配剔除以實(shí)現(xiàn)二次篩選，剔除剩余點(diǎn)特征錯(cuò)誤匹配。

優(yōu)選的，所述步驟S2中，平面特征的匹配先分別計(jì)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(duì)不同相似度進(jìn)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應(yīng)當(dāng)近似相等，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(wú)環(huán)圖問(wèn)題解決，從而剔除不滿足夾角相似度約束的面特征誤匹配。

優(yōu)選的，所述無(wú)環(huán)圖問(wèn)題即假設(shè)在m組平面特征匹配候選中，包含n(n≤m)組正確的匹配特征，則：