[发明专利]一种基于机器视觉的室内定位与地图构建装置

权利要求书

1.一种基于机器视觉的室内定位与地图构建装置，其特征在于：主要由如下部件组成：

传感器标定部分，用于对单目相机进行标定；

图片预处理部分，用于将单目相机拍摄的图像进行校准与特定的灰度处理；

视觉里程计构建部分，用于选择半稠密直接算法最小化光度误差，来重建一个半稠密的结构，并且估计相机的位姿实现对相机的定位；

地图构建部分，依据半稠密直接算法提取的具有一定梯度的像素点进行局部地图的重建，最后将地图保存为八叉树地图的形式，并用可视化程序显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的室内定位与地图构建装置，其特征在于：在所述传感器标定部分为单目标定，通过单目标定估计相机的内参就是固有属性，包括焦距，像元尺，径向畸变系数和切向畸变系数，通过相机标定获得畸变系数与相机内参，畸变系数用来对单目相机拍摄的图片进行矫正处理，相机内参矩阵作为视觉里程计的输入参数。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的室内定位与地图构建装置，其特征在于：通过单目相机拍摄后的图片需要进行特定的预处理，首先由于室内环境光线不均，对于传感器采集的室内图像根据人眼对红绿蓝三种颜色的敏感程度，对图像的三分量权值进行调整；其次，采用归一化处理灰度图像，目的是为了增加图像的对比度，将原本灰度值范围扩大后可加强线条轮廓，便于后续光度误差的计算。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的室内定位与地图构建装置，其特征在于：视觉里程计主要通过半稠密直接法进行重建，半稠密直接法将前后两帧图像中将带有一定梯度的像素点进行计算，舍弃像素点不明确的地方，最后将保留的像素点进行计算，重构成一个半稠密的结构。

5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的室内定位与地图构建装置，其特征在于：具体重建过程如下：设P的世界坐标为[X；Y；Z]，它在前一帧和后一帧的图像上的非齐次像素坐标为P₁，P₂；我们的目标是求前一帧到后一帧的位姿变换，所以以前一帧的相机为参照系，经过旋转和平移到达第二个帧相机的位置，并设旋转和平移的矩阵为R，t，；两个相机的内参相同设为K，投影方程为：

其中Z₁是P在第一个相机坐标系下的深度，Z₂是P在第二个坐标系下的深度，ξ为旋转平移对应的李代数，为了寻找与P₁，更相似的P₂，需要最小化光度误差，也就是最小化P在前后两帧的上的像的亮度误差：

e＝I₁(p₁)-I₂(p₂)，

优化目标为该误差的二范数，由于灰度不变假设，假设一个空间点在各个视角下成像的灰度是不变的，那么任意空间点为P_i，整个相机位姿ξ的最小化误差为：

e_i＝I₁(p_1，i)-I₂(p_2，i)，

由于求解直接法相当于进行一个优化的问题，本文采用现有的优化库进行优化。