[发明专利]一种基于FPGA的ORB_SLAM重定位特征点检索加速方法

权利要求书

1.一种基于FPGA的ORB_SLAM重定位特征点检索加速方法，其特征在于，包括：

S1，将输入的图片缓冲，提取描述子；

S2，然后进入工作空间Workspace，通过计算电路对结点的距离求解；

所述计算电路包括：先通过异或门再通过累计并行计数器APC或并行计数器PC；

所述累计并行计数器APC为在计数器PC前加上X级近似单元AU；

所述近似单元AU包括：一级AU近似单元即一列的与门和或门；

所述并行计数器PC包括多个全加器；

所述并行计数器PC包括：每三个bit一组送入全加器，每个全加器会有一个权重，其中三个输入就是同样的这种权重，输出本位和Sum会往同级权重全加器送值，而向相邻高位的进位数Cout则会往高一级权重送值；用同样的操作将中间结果“打一拍”，接着计算输入都已有值的全加器，一直将中间结果打拍，直至输出结果的最高位算出，最后输出的每个箭头都是一个bit；

S3，每个计算电路的结果会一起流向一个并行比较电路，求出最小值所在的点；

S4，最后再判断是否是底层，若是则搜索结束，得出最终结点；

S5，每个结点会有一个偏移值，用于寻找求子结点的地址，从而获得关键帧，然后根据关键帧集合进行重新定位；

根据关键帧集合进行重新定位包括：S51，从关键帧集合中任意选取I个特征点，所述I为大于或者等于1的正整数，计算出当前帧的位姿(α，γ)，其中α表示旋转角度；

S52，根据步骤S51的位姿(α，γ)，计算剩余关键帧的重投影误差，若计算得到的重投影误差小于或者等于所设定的误差阈值，则该点为关键点；

S53，统计关键点的个数及对应的位姿(α，γ)；

S54，利用步骤S53的位姿(α，γ)作为位姿初始值，对当前帧的位姿进行局部优化，其优化的目标函数为：

其中，e_x为相机观测到的第x个重投影误差，||·||表示范数，h_x为观测数；O表示相机观测到的重投影个数；

S55，若优化出的关键点数超过设定的关键点数，则认为重定位成功。

2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的ORB_SLAM重定位特征点检索加速方法，其特征在于，所述并行计数器PC还包括：

v表示输出位宽，输入位宽N＝2^v，输出每增加一位消耗的全加器数量会变成2倍再加上v-1，即：

f(v)＝2*f(v-1)+v-1

其中，f(v)代表输出位宽为v需要的全加器数量，f(v-1)代表输出位宽为v-1需要的全加器数量。

3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的ORB_SLAM重定位特征点检索加速方法，其特征在于，并行计数器PC消耗的门级资源为：

g(v)＝(2^v-v-1)*5＝(N-log₂^N-1)*5

其中N表示输入位宽，v表示输出位宽。

4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的ORB_SLAM重定位特征点检索加速方法，其特征在于，累计并行计数器APC在全加器前加上X级近似单元AU，消耗的门级资源为：

其中N表示输入位宽，N＝2^v，v表示输出位宽；X表示近似单元的级数。

5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的ORB_SLAM重定位特征点检索加速方法，其特征在于，所述全加器包括：

两个异或门，两个与门和一个或门，具体逻辑表达式为：

Sum＝(A^B)^Cin

Cout＝(AB)|((A^B)Cin)

其中A、B、Cin为全加器的输入，分别为被加数、加数、相邻低位来的进位数，Sum、Cout为全加器的输出，分别为输出本位和、向相邻高位的进位数，^表示异或运算，表示与运算，|表示或运算。