[发明专利]一种移动巡检机器人双目图像拼接的特征匹配方法

说明书

本发明提供一种移动巡检机器人双目图像拼接的特征匹配方法，在特征点检测阶段，构建尺度金字塔并使用速度极快的FAST算法提取特征点，加强尺度不变的鲁棒性；随后使用改进的CS‑LBP描述方法描述特征点，加强旋转不变的鲁棒性，同时降低特征向量维度提高了匹配效率；最后使用DDRN算法来度量特征向量的相似度完成匹配，并通过改进的RANSAC算法剔除误匹配。相较于传统算法，本算法在大幅提高实时性的同时准确的实现了对图像的特征提取与匹配，并且改进的描述方法对旋转图像的抗干扰性强，在仿射、缩放、光照等复杂变换场景依然有着较高的适应性。

技术领域

本发明涉及移动巡检机器人领域，尤其涉及一种移动巡检机器人双目图像拼接的特征匹配方法。

背景技术

目前，移动巡检机器人是高危工业生产解放人工劳动力的重要手段，例如，在我国煤矿资源非常丰富，也是我国主要消耗能源，煤矿开采目前仍是高危行业之一，对煤矿现场的实时检测与开采设备的实时检测是开采正常作业的重要前提.甚至，在煤矿事故发生后，对煤矿井下进行探测也是迅速开展救援的重要保障.在恶劣环境下，工作人员的健康与生命财产得不到保证，为了避免这一状况，移动巡检机器人技术成为该环境下实时巡检的重要手段。移动巡检机器人是以移动机器人作为载体，以可见光摄像机、红外热成像仪、其它检测仪器作为载荷系统，以机器视觉-电磁场-GPS——GIS的多场信息融合作为机器人自主移动与自主巡检的导航系统，以嵌入式计算机作为控制系统的软硬件开发平台。

巡检机器人技术是解决高危工业生产环境下人工作业安全性问题的重要手段。为使机器人能够在无人或少人环境中自主行走，移动巡检机器人首先需要认知周围环境，这就需要依托于计算机视觉技术，让移动巡检机器人通过多目摄像头像人一样对环境进行识别处理分析。本文通过提出一种移动巡检机器人双目视觉图像拼接中的特征匹配方法，为移动巡检机器人在复杂环境下的路径规划提供方法依据。

图像拼接是数字图像处理中一个重要的内容，是一种将两张甚至多张图片拼接成一张视野更宽广的图片。图像拼接可以弥补摄像机广角不够的缺陷，而且可以通过设置多摄像头达到超广角视野拍摄的目的，以及拍摄全景照片。视频是由一帧一帧静态图片组成的，所以利用图像拼接同理可以达到视频拼接，广泛应用于虚拟现实、遥感视频处理，无人机航拍，医学图像，视频监控等领域。

图像拼接技术主要包括图像配准和图像融合两个关键环节。图像配准是图像拼接的核心部分，其目标是找出对齐的两幅或多幅重叠图像之间的运动情况，图像配准直接关系到图像拼接算法的成功率和运行速度。图像融合技术是用来消除由于几何校正、动态的场景或光照变化引起的相邻图像间的强度或颜色不连续问题，将两幅经过匹配确定出重叠区域的图像合并为一幅无缝图像。关于图像拼接的方法国内外已有不少的论文发表，其算法大致可分为基于模型的方法、基于变换域的方法、基于灰度相关的方法和基于特征的方法，而如何提高图像拼接的效率，减少处理时间和增强拼接系统的适应性一直是研究的重点。

图像拼接从方法上可以分为灰度相关法和特征匹配的方法。

基于灰度相关的方法是以两幅图像重叠部分所对应在或颜色系统中灰度级的相似性为准则寻找图像的配准位置。常用的算法有比值匹配法、块匹配法和网格匹配法。基于特征的方法首先从待匹配图像中提取特征集，利用特征的对应关系进行匹配。