[发明专利]利用概率面元地图的密集视觉SLAM

权利要求书

1.一种用于视觉同时定位和地图构建的方法，所述方法包括：

在存储器中存储具有对3D环境进行表示的多个面元的第一数据结构，每个面元具有3D定位、3D定位的不确定性、强度、强度的不确定性、以及表面法线，每个面元的3D定位处于第一坐标空间中；

利用处理器来从相机接收3D环境的第一图像，第一图像具有像素阵列，每个像素具有强度和深度；

利用处理器、基于第一图像和第一数据结构来估计相机从中捕获第一图像的第一相机姿态；以及

利用处理器、基于第一图像和第一相机姿态来更新第一数据结构的所述多个面元中的至少一个面元。

2.根据权利要求1所述的方法，估计第一相机姿态进一步包括：

计算第一相机姿态，其在具有最小光度测定误差和几何误差的情况下将第一数据结构的所述多个面元中的面元从第一坐标空间变换到第一图像的坐标空间，

其中几何误差是在第一数据结构的所述多个面元中的相应面元的3D定位与同被变换到第一图像的坐标空间中的相应面元的3D定位相对应的定位处的第一图像的像素阵列的深度值之间的差异，并且

其中光度测定误差是在第一数据结构的所述多个面元中的相应面元的强度与同被变换到第一图像的坐标空间中的相应面元的3D定位相对应的定位处的第一图像的像素阵列的强度值之间的差异。

3.根据权利要求2所述的方法，计算第一相机姿态进一步包括：

利用传感器噪声模型来对几何误差进行加权；以及

利用学生-t分布来对光度测定误差进行加权。

4.根据权利要求1所述的方法，更新第一数据结构的所述多个面元中的所述至少一个面元进一步包括：

通过将第一数据结构的所述多个面元中的所述至少一个面元投影到第一图像的坐标空间中而生成至少一个观测点，所述至少一个观测点具有基于第一图像的像素阵列中的近邻像素的强度值和深度值而确定的3D定位、3D定位的不确定性、强度、强度的不确定性、以及表面法线；以及

基于所述至少一个观测点来更新第一数据结构的所述多个面元中的所述至少一个面元的3D定位、3D定位的不确定性、强度、和强度的不确定性。

5.根据权利要求2所述的方法，计算第一相机姿态进一步包括：

通过使用传感器噪声模型来确定所述多个观测点中的所述至少一个观测点的3D定位的不确定性；以及

通过使用学生-t分布来确定所述多个观测点中的所述至少一个观测点的强度的不确定性。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

响应于满足至少一个准则而标识第一图像是新的关键帧图像，

其中第一数据结构的所述多个面元对应于在最新近的先前标识的关键帧图像中可见的3D环境的一部分。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述至少一个准则是：第一数据结构的所述多个面元中的小于预定阈值数目的面元在第一图像帧中可见。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述至少一个准则是以下各项中之一：（i）第一数据结构的所述多个面元中的每个面元的3D定位的不确定性的平均值超过第一预定阈值，以及（ii）第一数据结构的所述多个面元中的每个面元的强度的不确定性的平均值超过第二预定阈值。

9.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：

在存储器中存储具有对3D环境进行表示的多个面元的第二数据结构，每个面元具有3D定位、3D定位的不确定性、强度、强度的不确定性、以及表面法线，每个面元的3D定位处于第一坐标空间中，第二数据结构的所述多个面元对应于已在任何先前关键帧图像中可见的3D环境的所有部分；以及

响应于第一图像被标识为新的关键帧，利用处理器、基于第一数据结构的所述多个面元中的至少一个对应面元，来更新第二数据结构的所述多个面元中的至少一个面元。