[发明专利]一种基于RGB-D SLAM的无人机三维重建方法、无人机有效

专利信息
申请号: 201811500426.8 申请日: 2018-12-10
公开(公告)号: CN109697753B 公开(公告)日: 2023-10-03
发明(设计)人: 徐勇;张国旭;刘宗南 申请(专利权)人: 智灵飞(北京)科技有限公司
主分类号: G06T17/00 分类号: G06T17/00;G06T5/00;G06T7/50;G06T7/80
代理公司: 重庆市信立达专利代理事务所(普通合伙) 50230 代理人: 包晓静
地址: 100081 北京市*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 rgb slam 无人机 三维重建 方法
【权利要求书】:

1.一种基于RGB-D SLAM的无人机三维重建方法,其特征在于,所述的基于RGB-D SLAM的无人机三维重建方法包括以下步骤:

步骤一,采用开源OPENNI程序框架对Kinect相机数据的提取;采用通讯方式对提取到的彩色RGB图片信息与深度Depth图片信息进行储存;

步骤二,利用前端算法对RGB-D图像进行特征检测与描述符提取,对提取到的描述进行特征匹配,根据匹配结果估算运动变换并进行优化;后端算法根据前端算法的结果构建位姿图,进行闭环检测与位姿图优化;最终得到的最优相机位姿进行相机定位与三维地图环境重建;

步骤三,生成的三维点云转化成为八叉树地图,生成环境空间的二维地图,对无人机的路径进行规划。

2.如权利要求1所述的基于RGB-D SLAM的无人机三维重建方法,其特征在于,所述步骤一中,数据预处理包括有相机针孔模型和深度信息获取模型。

3.如权利要求1所述的基于RGB-D SLAM的无人机三维重建方法,其特征在于,所述步骤一中,相机针孔模型具体为:

物体所在的环境为世界坐标系O-X-Y-Z,所成倒立像的平面称之为成像坐标系o′-x′-y′-z′,相机坐标系o-x-y-z;取相机坐标系o-x-y-z与成像坐标系o′-x′-y′-z′的z轴重合,x轴向右,y轴由右手定则确定,o称为相机光心;

将现实中的物体抽象为一个质点A,质点在相机坐标系o-x-y-z的坐标为[x,y,z]T,其反射的光通过相机光心o成像在成像坐标系o′-x′-y′-z′,坐标为[x′,y′,z′]T,同时成像的平面距离相机光心距离为相机的焦距f0;根据三角形相似规则,得到:

将成像坐标系下的坐标单独放到等号的一侧,得到:

质点坐标从相机坐标系o-x-y-z到成像坐标系o′-x′-y′-z′的变换公式;既然是彩色相机成像,每个像素点存储着对应的二进制数值,二进制数值也就表示着每个点的颜色;

像素坐标系c-u-v,其中c为像素坐标系的原心,相对于成像坐标系o′-x′-y′-z′的原心o′平移了[cx,cy]T;u相当于成像坐标系o′-x′-y′-z′的x′轴,但与之不同的是,图像在u轴上缩放了α倍;同理,v相当于成像坐标系o′-x′-y′-z′的y′轴,图像在v轴上缩放了β倍;由图像坐标转换为像素坐标:

得到质点坐标从相机坐标系o-x-y-z到像素坐标系c-u-v的变换公式:

令fx=αf0、fy=βf0,f0为相机的焦距,单位为米,α、β单位均为像素/米,所以fx、fy的单位均为像素得:

畸变修正方程:

其中,是归一化后的坐标值,[x/z,y/z]T,[xcorrect,ycorrect]T是经过修正后的坐标;称修正系数k1、k2、k3为径向修正系数,称修正系数p1、p2为切向修正系数;在得到了修正后的坐标后,将坐标[x/z,y/z]T替换成为[xcorrect,ycorrect]T;得到彩色相机成像的基本模型;每个像素坐标[u,v]T会储存一个数值矩阵I(u,v)∈RL×h,数值矩阵I中存储着二进制数值。

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