[发明专利]基于顶视摄像头的网格状天花板环境室内定位方法

说明书

本发明公开了基于顶视摄像头的网格状天花板环境室内定位方法，包括：采用顶视相机拍摄室内天花板的图像，获得序列影像；采用模板匹配获得相邻序列影像在影像坐标系下的坐标变换关系；利用特征点提取算子提取序列影像中的分布均匀的特征点，利用模板匹配得到的坐标变换关系辅助特征点匹配；根据移动设备上的距离传感器或多个相机采集获得基线长度方向的尺度信息，并以第一张序列影像的像空间坐标系为全局坐标系，对第n张序列影像进行模板匹配、特征点提取和PnP解算，获得序列影像的顶视相机的位姿及提取的稀疏特征点点云坐标；在局部范围内和检测到回环的序列影像内进行光束法平差，优化任一序列影像位姿和稀疏点点云坐标，以进行精准定位。

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域，尤其是基于顶视摄像头的网格状天花板环境室内定位方法。

背景技术

定位技术是机器人工作的一项核心技术，其中，稳定、准确的定位信息是机器人决策、路径规划进而高效、正确地执行任务的基础。随着相关技术的不断发展，移动机器人开始走进更多的应用场景，其中室内场景也逐渐增多，例如餐厅，车站等等，在这些环境中存在大量移动人群等障碍物，研究这种情况下室内环境下机器人的定位技术具有非常重要的现实意义和应用价值。

定位方法分为相对定位和绝对定位。绝对定位是利用各种传感器将机器人定位到已有地图上，相对定位是估计机器人相邻时刻的相对位姿，获得机器人相对于上一时刻的位姿变换。目前的定位方案包括基于激光雷达的点云匹配定位方法和基于影像匹配的视觉定位方法。其中，基于激光雷达的定位方法通过发射和获取大量激光点获取点云，记录每点测距信息，通过两帧点云数据的匹配获得相邻时刻相对位姿；如专利申请号为“201611006340.0”、名称为“一种基于深度相机与激光雷达的定位与导航方法”的中国发明专利。该方法在室外情况及一些室内情况取得较好的效果，但是对于水平方向放置的激光雷达而言，在一些室内场景下，存在密集流动人群，如餐厅，车站等等，这些高动态场景下获得的点云数据包含大量动态障碍物，会对点云匹配造成显著影响，无法准确定位。

另外，基于视觉的定位方法是通过相邻时刻两帧影像的精确匹配，根据摄影测量方法得到两次拍摄相机的相对位姿，进而实现机器人的相对定位，通常包括特征提取，影像匹配，相对定向位姿解算等步骤。例如专利申请号为“201410831889.8”、名称为“一种基于三维环境模型匹配的室内定位方法”的中国发明专利，其利用基于计算机视觉测程原理的算法对数据采集装置在不同时刻收集到的信息进行相对位置估计，从而获得三维环境中每一个位置的三维坐标。

目前，大多数定位方案为前视、侧视相机，在高动态场景下，相邻影像会出现大量遮挡区域，同样存在难以匹配的问题，无法用于获取稳定定位信息。

在这种场景下，水平方向存在大量动态物体，而室内上方场景非常稳定，天花板上也存在许多结构化特征，如网格状装饰物，烟雾报警器等，可以给视觉定位方案提供稳定的特征。

因此，急需要提出一种逻辑简单、定位准确的基于顶视摄像头的网格状天花板环境室内定位方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供基于顶视摄像头的网格状天花板环境室内定位方法，本发明采用的技术方案如下：

基于顶视摄像头的网格状天花板环境室内定位方法，所述室内的天花板上设置有吊顶；所述吊顶设置有网格图形，其包括以下步骤：

在移动设备的顶部设置拍摄角朝向室内的天花板的顶视相机；所述移动设备上搭载有距离传感器；

利用顶视相机拍摄室内天花板的图像，并获得序列影像；采用模板匹配获得相邻序列影像在影像坐标系下的坐标变换关系；

利用特征点提取算子提取相邻两幅天花板图像中的分布均匀的特征点，利用模板匹配得到的坐标变换关系辅助特征点匹配；