[发明专利]一种单目SLAM尺度恢复的方法

说明书

本发明公开了一种单目SLAM尺度恢复的方法，包括以下步骤：制作标定盒，所述标定盒上贯穿开设有长方形的通孔；在单目相机的视野处放置标定盒，所述单目相机经所述标定盒的通孔后再对目标物建模；所述单目相机对标定盒的内壁进行图像采集，区域分割出SLAM产生的前几帧关键帧中标定盒内壁的上下面图像；按照SLAM中特征点和三维地图点的对应关系，分别得到标定盒内壁的上下面图像的三维地图点坐标；以两平面平行为约束条件拟合所述标定盒内壁的上下面的三维地图点坐标，计算获得三维地图中标定盒内壁的上下面的距离；计算尺度因子；使用尺度因子F恢复整个三维地图尺度。其能够自动的恢复人体肠道环境下单目SLAM的尺度，效果好，精度高。

技术领域

本发明涉及手术机器人导航技术领域，具体涉及一种单目SLAM尺度恢复的方法。

背景技术

在单目相机拍摄照片过程中，仅靠单张照片是无法知道拍摄物体到相机的实际距离的，在单目视觉SLAM中通过三角测量相邻关键帧中已匹配的特征点来求解拍摄物体到相机的距离，测量出来的距离只是一个数值，没有任何单位，尺度具有不确定性，因此只是恢复了物体的结构框架，而不是实际意义的物体尺寸。

目前在大场景环境中主要附加其他传感器来恢复尺度，如组合IMU、GPS和激光雷达等；利用附加传感器提供的尺度信息能较高精度恢复绝对尺度，由于传感器尺寸的限制，此类方法无法用于肠道环境。基于腹腔镜镜重建腹腔场景三维结构的方法在腹腔处放置有刻度的标定尺，手动的进行尺度恢复，但在实际手术操作中很不方便；还有一些重建内镜场景的方案最终都没有恢复场景的尺度信息。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种单目SLAM尺度恢复的方法，其能够解决人体肠道环境中的单目SLAM尺度不确定问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种单目SLAM尺度恢复的方法，包括以下步骤：

S1、制作标定盒，所述标定盒上贯穿开设有长方形的通孔，所述通孔的孔壁的上下面距离为d_i′；

S2、在单目相机的视野处放置标定盒，所述单目相机经所述标定盒的通孔后再对目标物建模；

S3、所述单目相机对标定盒的内壁进行图像采集，区域分割出SLAM产生的前几帧关键帧中标定盒内壁的上下面图像；

S4、按照SLAM中特征点和三维地图点的对应关系，分别得到标定盒内壁的上下面图像的三维地图点坐标；

S5、以两平面平行为约束条件拟合所述标定盒内壁的上下面的三维地图点坐标，计算获得三维地图中标定盒内壁的上下面的距离d_i；

S6、根据d_i'和d_i计算尺度因子F；

S7、使用尺度因子F恢复整个三维地图尺度。

作为优选的，所述S3中区域分割以标定盒内壁四条棱线为边界。

作为优选的，所述以标定盒内壁四条棱线为边界，具体包括：

检测前几帧关键帧的边缘信息；

获所述边缘信息中的直线边缘；

将同一条棱线上的多条直线首尾连接以合并。

作为优选的，通过canny算子、Roberts算子、Prewitt算子或Sobel算子检测前几帧关键帧的边缘信息。

作为优选的，所述获所述边缘信息中的直线边缘，具体包括：

利用hough直线检测算法或Freeman直线检测算法获取边缘信息中的直线边缘，同时设置阀值将短直线边缘滤除。

作为优选的，所述S3中，所述关键帧图像为前五帧。