[发明专利]一种单目视觉里程计定位方法

说明书

本发明公开了一种单目视觉里程计定位方法，所述方法包括如下步骤：该方法包括：读取当前帧输入图像；采用基于视差的方法对视觉里程计完成初始化，成功后则开始后续的运动估计步骤；对当前帧上，基于灰度不变性，构建以位姿为优化变量的非线性优化问题，得到初始帧间位姿；在初始位姿的基础上，构建局部地图，并采用基于密度的跟踪策略完成对局部地图投影点的特征匹配及亚像素位置优化；通过局部地图跟踪得到更准确的约束关系，通过该关系进一步优化位姿及地图点，并输出最终定位结果。应用本发明所述的单目视觉里程计定位方法，能够达到较高的定位精度，且具有无人机导航应用所需要的鲁棒性与实时性。

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，具体涉及一种单目视觉里程计定位方法。

背景技术

对于已知环境的自主导航研究已经较为成熟，但是对于未知环境的导航研究还未形成统一和完善的体系。自主导航任务可划分为定位、建图、路径规划三步骤，同步定位与建图技术涉及前两个要素，随着计算机视觉技术的迅速发展，视觉传感器的小型化、低成本化，视觉SLAM逐渐成为机器人自主导航领域研究的热点问题。

视觉里程计(Visual Odometry,VO)作为视觉SLAM前端重要的组成部分，其作用是实时响应输入图像帧，估计相机位姿，从实现方式上可划分为特征点法和直接法，特征点特征提取、匹配会花费大量时间，且仅能重建稀疏点云地图；直接法对光照、快速运动等情况鲁棒性不足。

Forster提出的半直接法单目视觉里程计SVO(Semi-direct VO)成功的应用于携带俯视视角相机的无人机平台，半直接法是指对图像中稀疏的角点特征使用直接法进行运动估计，因此SVO具有极快的运行速度。但SVO也具备直接法所存在的问题，以及不合理的定位策略，导致其对光照、快速运动、以及在特征分布集中的场景中鲁棒性不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单目视觉里程计定位方法，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

一种单目视觉里程计定位方法，所述方法包括如下步骤：读取当前帧图像，判断所述当前帧图像的状态；若所述当前帧图像处于初始状态，对所述当前帧图像进行初始化，得到所述当前帧图像中初始的三维地图点信息，完成初始化操作后进入稀疏图像对齐步骤；若所述当前帧图像处于正常状态，直接进入稀疏图像对齐步骤。

稀疏图像对齐，在所述当前帧图像上采用半直接法对前一帧图像建立的特征点进行图像对齐，得到前后两帧图像间的初始位姿；

局部地图跟踪，在所述初始位姿上构建由关键帧图像组成的局部地图，将局部地图点投影至所述当前帧图像，并筛选若干投影点进行像素位置优化，若所述投影点满足优化条件则认为对所述局部地图点成功跟踪，并为所述局部地图点在所述当前帧图像建立特征；

位姿及结构优化，在所述当前帧图像建立更准确的三维到二维的约束关系，并通过所述约束关系构建最小二乘优化，优化所述当前帧图像的位姿变量以使重投影误差平方和最小，得到所述当前帧图像最终的位姿信息。

本发明的优点在于：采用了基于视差的模型选择方法，使视觉里程计的初始化成功率更高；融入了ORB特征匹配，使视觉里程计具有更高的定位精度；采用了基于密度的跟踪策略，使视觉里程计具有更高的鲁棒性，尤其是在特征分布集中的场景。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的视觉里程计定位方法流程图；

图2为本发明具体实施方式的视觉里程计初始化模块流程图；

图3为本发明具体实施方式运行效果图；

图4为本发明具体实施方式定位轨迹图。

具体实施方式