[发明专利]一种基于GPS约束和动态校正的城区单目测图方法和系统

说明书

本发明涉及一种基于GPS约束和动态校正的城区单目测图方法和系统，其方法包括：根据车辆行驶中的轨迹曲率筛选弯曲路段，并根据筛选出的弯曲路段在单目相机的序列影像对所述单目相机的内参和外参进行检测；根据所述单目相机的内参或外参的变化是否大于阈值，确定所述单目相机的位姿绝对坐标变换；根据所述单目相机的位姿绝对坐标变换和多视交会测量，输出地图。本发明融合单目相机和消费级GPS设备进行单车建图，降低对实验室标定环境的依赖，提高了建图的可靠性。

技术领域

本发明属于自动驾驶导航及高精度地图领域，涉及一种单目测图方法和系统，特别涉及一种基于GPS约束和动态校正的城区单目测图方法和系统。

背景技术

在自动驾驶导航及高精度地图等相关领域，为了执行安全的路径规划和导航决策，需要车端周围道路环境的三维几何信息，当前图商采集制作相应的道路环境地图需要专业采集车，包含激光雷达、双目相机、高精度惯导、轮速信息、毫米波雷达等专业设备，采集成本一般比较高昂。城区道路环境由于经常性的施工维护，道路要素和结构更新较快，而依靠传统的专业采集车难以及时响应，同时考虑到成本太高，也难以长期业务化运行。

不同于依靠激光雷达和高精度惯导的专业制图技术，众包制图技术通过视觉图像嵌入地理位置信息，实现对场景道路设施的大量覆盖和高效关联，从而保证地图兼顾低成本和高更新率的优点，而相机和消费级GPS由于成本比较低廉，已广泛应用到当前的道路车辆，通过基于单目视觉和消费级GPS融合生成带绝对坐标的车端周围环境的道路环境地图，实现城市级别的日常车辆覆盖，及时对道路环境的变化进行更新，是众包成图的理想选择。但是融合GPS和单目相机进行测图一般需要提前对传感器进行精准的标定，包含相机内参以及相机到GPS的外参、时延等参数，再加上受车辆长期行驶颠簸影响，这些关键参数还会随时间动态变化，这些需要实验室环境下标定的关键参数在自然场景中难以稳定获取，另外单目相机建图本身的尺度漂移也增加了相机和消费级GPS设备应用于城区道路环境下测图的实际困难。

当前解决单目相机测图的方法难以同时兼顾自动化、精度和可靠性的需求，而单目相机成本低廉、部署简单和应用广泛的优点使得其成为众包建图的理想选择，因此融合单目相机和消费级GPS设备进行单车建图是构建以视觉为核心的众包建图的基础，而当前相机和GPS设备在城区环境下的标定困难和单目测图的尺度漂移对众包建图的精度和可靠性提出了较大的挑战。

发明内容

为了解决单目相机测图的方法难以同时兼顾自动化、精度和可靠性的需求，在本发明的第一方面提供了一种基于GPS约束和动态校正的城区单目测图方法，包括：根据车辆行驶中的轨迹曲率筛选弯曲路段，并根据筛选出的弯曲路段在单目相机的序列影像对所述单目相机的内参和外参进行检测；根据所述单目相机的内参或外参的变化是否大于阈值，确定所述单目相机的位姿绝对坐标变换；根据所述单目相机的位姿绝对坐标变换和多视交会测量，输出地图。

在本发明的一些实施例中，所述根据所述单目相机的内参或外参的变化是否大于阈值，确定所述单目相机的位姿绝对坐标变换包括如下步骤：

若所述单目相机的内参或外参的变化大于阈值，则：根据单目相机的序列影像和三维地图构建方法对单目相机的内参进行标定，然后根据标定后的单目相机的内参和GPS约束对单目相机的外参进行标定和优化，得到单目相机的位姿绝对坐标变换；

若所述单目相机的内参或外参的变化小于或等于阈值，则：实时计算单目相机的位姿绝对坐标变换。

进一步的，所述根据单目相机的序列影像和三维地图构建方法对单目相机的内参进行标定包括如下步骤：对筛选出的弯曲路段进行视频拍摄，得到多个视频帧；从所述多个视频帧中提取尺度不变性的多个特征点；根据所述尺度不变性的多个特征点，计算相邻视频帧的相对位置关系和所述单目相机的当前位置；根据所述单目相机的当前位置的视频帧与其多个相邻视频帧的多方交会，得到所述多个特征点的地图初始位置；根据所述多个特征点的地图初始位置和每个特征点的反投影误差对单目相机的内参进行标定。