[发明专利]基于仿射匹配点对的多像机系统相对位姿估计方法及装置

说明书

本发明公开一种基于仿射匹配点对的多像机系统相对位姿估计方法针对多像机系统在不同预设运动状态下的相对位姿估计问题，提出了对极约束和推导出新的仿射矩阵约束，根据至少一个仿射匹配点表示对应的仿射矩阵约束和对极约束，确定系统方程中待求解未知参量的值。该方法充分利用视图之间的仿射匹配点对信息，减少了相对位姿估计所需的点对数量，在推导出新的仿射矩阵约束条件下最少只需两个仿射匹配点对即可恢复多像机系统的6DOF相对位姿；在平面运动约束下，仅需一个仿射匹配点对；在已知垂直方向的条件，仅需二个仿射匹配点对。因此本发明的方法效率高、精度高，可以有效地用于视觉里程计和三维重建等领域中的误匹配点对的剔除和初始运动估计。

技术领域

本发明涉及多像机系统技术领域，尤其是一种基于仿射匹配点对 的多像机系统相对位姿估计方法及装置。

背景技术

数十年来，同步定位和建图(SLAM)、视觉里程计(VO)和 三维重建(SfM)一直是计算机视觉中活跃的研究主题。这些技术已 成功应用于各类场景，例如自动驾驶和视觉导航等领域。单像机或者 多像机系统的前后两视图之间的相对姿态估计是SLAM和SfM系统 的重要组成部分，一直被视为SLAM和SfM系统的基础算法。因此， 提高相对姿态估计算法的精度、效率和鲁棒性仍然是人们重点关注的 问题。

典型的多像机SLAM和SfM系统都包含以下主要步骤：首先，通 过特征匹配算法来建立视图之间的图像匹配点对；然后，采用随机抽 样一致(RANdom SAmple Consensus,RANSAC)等算法剔除图像匹配 点对中的误匹配点对。最后，利用图像匹配点对中的内点求解视图之 间的相对位姿关系。其中误匹配点对剔除对于相对位姿估计算法的 精度和鲁棒性至关重要，同时误匹配点对剔除的效率直接影响SLAM 和SfM系统的实时性能。由于在相同的野值比例条件下，RANSAC 的随机采样次数随着最小配置解所需图像匹配点对数量的增加而成 指数型增长，导致效率较低。同时，目前现有的相对位姿估计算法都 是从一组点对应关系(例如SIFT，SURF等特征描述子)估算位姿参 数，精度不高。

发明内容

本发明提供一种基于仿射匹配点对的多像机系统相对位姿估计 方法及装置，用于克服现有技术中效率较低、精度不高等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种基于仿射匹配点对的多像机系 统相对位姿估计方法，所述方法包括：

获取预设运动状态下多像机系统的外参数；所述外参数包括旋转 量和平移量；

确定所述多像机系统中连续帧之间的仿射匹配点表示；所述仿射 匹配点表示包括：仿射匹配点对和局部仿射矩阵；

根据所述仿射匹配点对和所述外参数，确定多像机系统对应的多 像机参考坐标系中的归一化齐次图像坐标表示，根据所述归一化齐次 图像坐标表示、旋转量和平移量，确定所述多像机系统中的对极约束；

根据所述外参数，确定所述多像机系统中连续帧之间的转换矩阵， 根据所述转换矩阵，确定连续帧之间的基本矩阵；

根据所述基本矩阵，确定所述基本矩阵和所述局部仿射矩阵的关 系表达式，根据所述关系表达式和所述归一化齐次图像坐标表示，确 定所述局部仿射矩阵与所述对极约束的仿射矩阵约束；

确定多像机系统的系统方程；所述系统方程中包括：待求解未知 参量；

根据至少一个仿射匹配点表示对应的仿射矩阵约束和所述对极 约束，确定所述系统方程中待求解未知参量的值；

根据待求解未知参量的值确定预设运动状态下的相对位姿。

为实现上述目的，本发明还提出基于仿射匹配点对的多像机系统 相对位姿估计装置，所述装置包括：

外参数处理模块，用于获取预设运动状态下多像机系统的外参数； 所述外参数包括旋转量和平移量；