[发明专利]一种基于视觉定位的虚拟向导构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉、计算机图像学和地理信息等领域，尤其涉及一种基于视觉定位的虚拟向导构建方法。

背景技术

基于位置服务(Location Based Service，简称LBS)的应用通常使用电信运营商的无线通讯网络或外部定位方式(如全球卫星定位系统，英文简称GPS)获取移动终端的位置信息(地理坐标或大地坐标)，进而在地理信息系统的支持下，为用户提供增值服务。随着移动互联网行业的兴起，基于位置服务的应用得到了飞速发展。LBS能够广泛支持需要动态地理空间信息的应用，包括寻找目的地、急救服务和导航等。在我国，目前电信运营商还无法准确地定位用户的位置，大部分LBS应用使用GPS等外部传感器进行位置定位。但当前民用GPS精度非常有限(最好情况是30m左右)，同时受限于其本身的固有缺陷，如GPS信号容易被高大建筑物遮挡，室内空间信号微弱等。因此迫切需要新的方法进行精确的空间定位。

导航技术是一种基于位置服务的应用，在民用领域发展迅速，并随着GPS等传感器设备的普及，越来越广泛地应用于我们的生活之中，如基于地图的车载导航定位系统。虽然基于传统地图的导航方式能够使用户获得地理方位的指示，但是这种方式没有将导航信息融入到客观存在的真实世界中，对于用户来说不够清晰与直观，这在一定程度上影响了基于地图导航系统的发展和应用。近年来，利用计算机视觉的方法对图像进行定位成为研究热点，视觉定位平均定位偏差能小于当前民用GPS，同时也不存在信号遮挡等问题，这为解决精确定位问题提供了一种新的思路。

许多知名大学和研究机构正在积极开展增强现实场景虚拟向导构建方法的研究，其中精确的空间定位是进行虚拟向导的关键。格拉茨技术大学在手机上实现了视频的自动标注，该系统使用的GPS对用户进行定位，将服务器上对应于该位置的地理信息下载到用户手机上，通过视觉特征匹配将地理信息标注到视频的合适位置之上。奥地利维也纳技术大学实现了一个增强现实场景的虚拟导航系统，该系统需要场景的地理模型，并通过用户交互的方法将该地理模型覆盖到真实世界物体之上，以此来获得虚拟信息和真实世界之间的对应关系，然后根据模型的地理信息映射，在视频上标出相关的地理信息，并进行虚拟向导。华盛顿大学提出了一种使用空间推理进行地标导航的方法，该方法使用GPS对用户进行定位，使用地理信息系统进行路径规划，并以地标图像、文本指令和路径标示等形式来显示导航结果。通过分析和总结国内外现状可知，目前涉及的虚拟向导方法，经常利用GPS等传感器获得位置信息，但由于其固有的缺陷，限制了方法的精度和应用。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种基于视觉定位的虚拟向导构建方法。本发明通过对基于现实场景的多个图像进行分析，获得了现实场景的三维点云模型，利用输入图像的特征点与现实场景的结构点进行匹配，判断出输入图像在三维点云模型中的当前位置，从而计算得到从输入图像的当前位置到达目标位置的路径。本发明不需要利用GPS定位，可以实现对输入图像的精确定位。

本发明提供的技术方案为：

一种基于视觉定位的虚拟向导构建方法，包括以下步骤：

步骤一、获取基于现实场景的多个图像，从所述多个图像中的每一个图像均提取若干特征点；

步骤二、将所述每一个图像的每一个特征点与位于其他图像上的所有特征点进行视觉特征量的匹配，由此得到多个彼此之间相互匹配的特征点集，每个特征点集被识别为现实场景的一个结构点，并将每个特征点集所包含的特征点的视觉特征量计算结构点的视觉特征显，由此得到多个结构点，并以所述多个结构点构建三维点云模型；

步骤三、从输入图像上提取若干特征点，逐个选择所述步骤二得到的多个结构点，且每一个被选择的结构点与所述输入图像的若干特征点逐个进行视觉特征量的匹配，由此得到n个匹配的结构点，根据所述n个匹配的结构点计算所述输入图像在所述三维点云模型中的当前位置。

优选的是，所述的基于视觉定位的虚拟向导构建方法中，

所述步骤二中的得到多个彼此之间相互匹配的特征点集是通过以下方式实现的：当位于α个图像上的α个特征点彼此相互匹配时，则将上述α个特征点作为一个特征点集，并将特征点集识别为现实场景的一个结构点，其中，α≥2，将上述α个特征点的视觉特征量的平均值作为与上述α个特征点对应的结构点的视觉特征量；继续匹配直到得到所有的彼此之间相互匹配的特征点集。

优选的是，所述的基于视觉定位的虚拟向导构建方法中，