[发明专利]一种基于图像特征点的高精度GPS定位方法

权利要求书

1.一种基于图像特征点的高精度GPS定位方法，其特征在于，包括：

步骤1：参考位置的定位信息标定

1.1)利用GPS设备获取参考位置的经纬度坐标；

1.2)使用摄像头采集在参考位置所观测到的正前方环境图像，并转化为灰度图像，然后利用SIFT算法提取图像的特征像素点；

1.3)每一个参考位置的定位信息由该位置的经纬度坐标和环境图像的特征像素点共同构成，每个位置有且仅有一个经纬度坐标，而从环境图像中能够提取若干特征像素点，每个特征像素点主要包含位置和特征描述符这两类信息，其中特征描述符为1×128的特征向量，位置是该特征像素点在图像中的二维坐标；

步骤2：当前位置的偏移判定

2.1)实时采集GPS数据，获取当前位置的经纬度坐标；

2.2)实时采集当前位置环境图像并提取特征点；

2.3)搜索离当前位置最近的参考位置，主要步骤如下：

首先，选取上一时刻对应参考位置作为当前位置的候选点；然后，分别计算以该候选点为中心的邻域范围内的所有参考位置到当前位置的距离；最后，选择距离最小的候选点作为当前时刻的参考位置；

2.4)计算偏移方向，并推导方向调整方法，主要步骤如下：

首先，以描述符的欧氏距离为相似性的评判依据，使用KNN匹配算法对当前位置的特征像素点与参考位置的特征像素点进行匹配；然后，计算其中相似度最高的三组匹配点，利用三点定位方法找出当前环境图像的中心点在参照图像中的对应位置；最后，根据对应中心点相对于参考图像中心点的偏移状态推导出当前位置的偏移状态。

2.根据权利要求1所述基于图像特征点的高精度GPS定位方法，其特征在于，所述2.3)中，在搜索离当前位置最近的参考位置时，采用的距离计算公式为经纬度转换距离的计算公式。

3.根据权利要求1所述基于图像特征点的高精度GPS定位方法，其特征在于，所述推导、调整方向的原则如下：

2.4.1)若当前环境图像的中心点在参考图像中的对应点位于中心区域附近，则认为当前位置相对于参考位置没有发生明显的偏移；

2.4.2)若当前环境图像的中心点相对于参考图像的中心点发生向左偏移，则认为当前位置相对于参考位置向左偏移或者运动方向向左偏转，此时的方向调整方案应为向右调整；

2.4.3)若当前环境图像的中心点相对于参考图像的中心点发生向右偏移，则认为当前位置相对于参考位置向右偏移或者运动方向向右偏转，此时的方向调整方案应为向左调整。

4.根据权利要求1所述基于图像特征点的高精度GPS定位方法，其特征在于，在计算偏移距离时，必须对每一组匹配点使用2次KNN匹配算法，只有当两个特征像素点被检测出互为匹配点时，才认为这组特征像素点匹配成功。

5.根据权利要求1所述基于图像特征点的高精度GPS定位方法，其特征在于，所述匹配点的确认方法如下：

对实际位置的每一个特征像素点P_i，首先先将其描述子分别和参考位置的所有特征点Q_j的描述子求欧氏距离；然后找出其中与P_i的欧氏距离最近的两个参考位置的特征点Q_m和Q_n；最后用最近的欧式距离P_iQ_m除以次近的欧氏距离P_iQ_n，如果其结果小于某个预设的比例阈值，则认为特征像素点Q_m是P_i点的候选匹配点，然后再用相同的方法判断P_i点是否为Q_m点的候选匹配点，只有当两点互为候选匹配点时，才认为这两点是一组对应匹配点。

6.根据权利要求5所述基于图像特征点的高精度GPS定位方法，其特征在于，所述偏移状态通过如下方法计算统计：

首先，从若干匹配点中，选出欧式距离最近的三组匹配点，实时图像中的P₁、P₂、P₃三点分别和参考图像中的Q₁、Q₂、Q₃三点互为匹配点；

然后，计算实时图像相对于参考图像的缩放比率ρ，

利用三点定位方法找出P₀在参考图像中的对应位置R(x,y)，其中R点的横纵坐标由下面的方程组求得：

式中，图像中心点P₀的横、纵坐标分别为图像长和宽的一半。