[发明专利]一种基于图像的快速定位方法

说明书

技术领域

本发明属于图像定位技术领域，尤其是一种基于图像的快速定位方法。

背景技术

基于图像的定位在基于位置的服务如：交通导航、广告投放、旅游指南中有着重要的应用。目前基于图像的定位方法主要分为两类：

第一类是借助图像检索的方法，它要求对场景拍摄一系列图像构成数据库，并为每一幅数据库图像标记地理位置信息。对于一副查询图像，首先从数据库中检索出与之相似的图像，然后利用这些数据库图像的位置信息推断该查询图像的拍摄位置。

第二类是借助三维点云的方法，它要求预先对场景进行基于图像的三维重建，得到场景的三维点云。对于一副查询图像，首先寻找该图像中二维特征点与三维点云的对应关系，再根据得到的二维三维关系利用Perspective-n-Point(PnP)算法估计拍摄该查询图像的相机的位置和姿态。

第一类方法借助于现有的图像检索技术已经可以实现大规模（城市级）场景中的定位，但只能得到拍摄查询图像相机的大致位置。而第二类方法利用了三维点与二维点之间严格的几何关系，可以得到拍摄查询图像相机的精确位置，并且能够得到相机的姿态。相机的位置和姿态的精确获取使得基于图像的定位有着更多的应用，比如：增强现实和3D的互动。随着三维重建技术的进步，实现大规模场景（城市级）的三维重建已经成为可能，使得第二类定位方法更加受到欢迎，本发明中的定位方法也属于这一类。

在第二类方法中，核心的技术是寻找三维点和查询图像中二维特征点的对应关系。这一般被当成一个描述子匹配的问题来处理。具体地，在用图像对场景进行重建的过程中每一个三维点都对应有一系列的二维特征点及其描述子，这些特征点和它们的描述子以及它们与三维点的对应关系被保存于数据库中，在查询时首先提取查询图像中的特征点及其描述子，然后与数据库中的描述子做匹配，找到了匹配的数据库描述子也就找到了对应的三维点。在现有的方法中，特征描述一般采用鲁棒的具有高区分度的SIFT，然而SIFT的提取速度较慢，一副图像往往需要花费上秒的时间，这使得这种定位方法无法满足一些时间要求较苛刻的应用如实时导航等。尤其是这些应用大部分要在计算力较弱的移动平台上实现，更限制了这种方法的使用。

发明内容

为了解决现有方法因采用SIFT特征而速度较慢的问题，本发明提供了一种采用二进制特征的快速定位方法，借助三维点云实现基于图像的定位。

本发明提出的一种基于图像的定位方法包括以下步骤：

步骤1，对于拍摄场景进行三维重建，得到所述拍摄场景中的三维点及与三维点相对应的二进制描述子；

步骤2，对所述二进制描述子建立索引；

步骤3，根据重建得到的场景的三维点及与三维点相应的二进制描述子和二进制描述子的索引，对于输入的查询图像进行定位。

从上述技术方案上看，本发明具有以下有益效果：

本发明在保持与现有的基于图像的定位方法相当的定位精度的情况下，定位速度比现有定位方法快接近10倍。

附图说明

图1是本发明基于图像的定位方法的流程图。

图2是根据本发明一实施例的用单棵随机树为二进制描述子建立索引的示意图。

图3是根据本发明一实施例的为查询特征点寻找对应三维点的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的附图标记。且在附图中，以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

为了使本领域普通技术人员更好的理解本发明，首先对其中的一些概念进行解释性说明：

（1）利用图像进行定位是指计算拍摄该图像的相机的位置和姿态，即计算相机6自由度的外参数，包括一个3×3的旋转矩阵R和一个3维平移向量T。