[發(fā)明專利]一種基于廣角相機(jī)模型的圖像特征配準(zhǔn)方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310097838.6
• 申請日: 2023-02-08
• 公開（公告）號: CN116433731A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許召輝;周康;程松林;范光宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中航華東光電（上海）有限公司
• 主分類號: G06T7/32
• 分類號: G06T7/32;G06T7/33;G06V10/75;G06T7/73
• 代理公司: 上海樂泓專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31385
• 代理人: 張雪

本發(fā)明公開了一種基于廣角相機(jī)模型的圖像特征配準(zhǔn)方法及系統(tǒng)，針對現(xiàn)有廣角相機(jī)特征點(diǎn)匹配效果差且效率慢的問題，本發(fā)明提供了一種基于廣角相機(jī)模型的圖像特征配準(zhǔn)方法，包括以下步驟：建立廣角相機(jī)投影模型以得到模板點(diǎn)和廣角圖像之間坐標(biāo)的映射關(guān)系；模板點(diǎn)提取：將入射光線透過廣角相機(jī)的歸一化平面上的點(diǎn)作為模板點(diǎn)；計(jì)算描述子：根據(jù)模板點(diǎn)在廣角相機(jī)的圖像平面上的位置計(jì)算模板點(diǎn)的像素坐標(biāo)，根據(jù)模板點(diǎn)的像素坐標(biāo)計(jì)算描述子；特征匹配：計(jì)算描述子之間的漢明距離里得到特征點(diǎn)的配準(zhǔn)結(jié)果。本發(fā)明的方法整個(gè)方法提高了廣角圖像中的特征點(diǎn)能夠盡可能多的正確匹配，提高了特征點(diǎn)匹配準(zhǔn)確率，提高機(jī)器人位姿估計(jì)的精度。本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于廣角相機(jī)模型的圖像特征配準(zhǔn)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

廣角相機(jī)可以擴(kuò)大相鄰幀之間的視覺重疊區(qū)域,并且可以從環(huán)境中捕獲更多場景信息，但當(dāng)前廣角相機(jī)存在圖像畸變大、特征點(diǎn)匹配效果差的問題，普通相機(jī)拍攝的圖片相較于周圍環(huán)境，畸變較小，獲得的位姿信息相對準(zhǔn)確。也就是說基于廣角相機(jī)的視覺SLAM技術(shù)，雖然相較于普通相機(jī)能夠感知到更多的周圍環(huán)境，但是其缺點(diǎn)也很明顯，廣角相機(jī)所拍攝的圖片與真實(shí)環(huán)境相比畸變較大；普通相機(jī)的視場角有限,在傳統(tǒng)的視覺SLAM系統(tǒng)存在物體遮擋、運(yùn)動過快和劇烈轉(zhuǎn)彎等問題。

針對上述問題也進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，如中國專利申請?zhí)朇N202110767999.2，公開日為2021年9月3日，該專利公開了一種基于廣角相機(jī)大畸變圖的初始化建圖方法及系統(tǒng)，該方法包括以下步驟：步驟S1、通過對入射光線的追蹤，確定特定相機(jī)模型；步驟S2、提取畸變圖視覺特征點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，生成入射光線匹配對；步驟S3、根據(jù)入射光線匹配對應(yīng)的幾何關(guān)系對畸變圖地圖初始化：步驟S4、通過誤差比較，對幾何模型進(jìn)行選擇；步驟S5、遞歸尺度恢復(fù)。該方法提出了一種通用相機(jī)入射光線追蹤方案，使任意的相機(jī)參數(shù)模型都可以轉(zhuǎn)換到本發(fā)明提出的特定相機(jī)模型，并通過此特定相機(jī)模型追蹤對應(yīng)像素點(diǎn)的入射光線的方向，完成視覺地圖的初始化。該專利的不足之處在于：整體精度有待考量，且操作繁瑣，效率低。

又如中國專利申請?zhí)朇N202010203054.3，公開日為2021年10月12日，該專利公開了一種超廣角畸變標(biāo)定方法及裝置，該標(biāo)定方法包括控制相機(jī)對標(biāo)定板拍照獲取標(biāo)定圖像至預(yù)定次數(shù)；使用超廣角標(biāo)定算法對獲取的所述標(biāo)定圖像進(jìn)行運(yùn)算，獲得標(biāo)定結(jié)果；若所述標(biāo)定結(jié)果滿足預(yù)設(shè)條件，則輸出所述標(biāo)定結(jié)果；若所述標(biāo)定結(jié)果不滿足在預(yù)設(shè)條件，則返回重新執(zhí)行所述標(biāo)定拍照步驟。該專利的不足之處在于：雖能較為快速穩(wěn)定的內(nèi)參計(jì)算和全視場光學(xué)畸變校正，但成本高。

發(fā)明內(nèi)容

1、要解決的問題

針對現(xiàn)有廣角相機(jī)特征點(diǎn)匹配效果差且效率慢的問題，本發(fā)明提供了一種基于廣角相機(jī)模型的圖像特征配準(zhǔn)方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的方法整個(gè)方法提高了廣角圖像中的特征點(diǎn)能夠盡可能多的正確匹配，提高了特征點(diǎn)匹配準(zhǔn)確率，提高機(jī)器人位姿估計(jì)的精度。本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，在保證工作精度的同時(shí)提高工作效率。

2、技術(shù)方案

為解決上述問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。

一種基于廣角相機(jī)模型的圖像特征配準(zhǔn)方法，包括以下步驟：

S1：建立廣角相機(jī)投影模型以得到模板點(diǎn)和廣角圖像之間坐標(biāo)的映射關(guān)系：建立世界坐標(biāo)系、廣角相機(jī)的歸一化平面、虛擬廣角鏡頭和廣角相機(jī)的圖像平面；

S2：模板點(diǎn)提取：將入射光線透過廣角相機(jī)的歸一化平面上的點(diǎn)作為模板點(diǎn)；

S3：計(jì)算描述子：根據(jù)模板點(diǎn)在廣角相機(jī)的圖像平面上的位置計(jì)算模板點(diǎn)的像素坐標(biāo)，根據(jù)模板點(diǎn)的像素坐標(biāo)計(jì)算描述子；

S4：特征匹配：計(jì)算描述子之間的漢明距離里得到特征點(diǎn)的配準(zhǔn)結(jié)果。

更進(jìn)一步的，所述步驟S2包括如下步驟：