[发明专利]基于几何特征的跨视角视觉定位方法、装置和计算机设备

权利要求书

1.一种基于几何特征的跨视角视觉定位方法，其特征在于，所述方法包括：

获取空中视角城市环境图像序列和地面视角城市环境图像序列；

将所述空中视角城市环境图像序列基于VINS-MONO提取关键帧图像和位姿信息，并根据提取的关键帧图像构建空中视角下的全局直线特征地图；

将所述地面视角城市环境图像序列基于VINS-MONO提取关键帧图像和位姿信息，并根据提取的关键帧图像构建地面视角下的局部直线特征地图；

根据所述全局直线特征地图进行聚类，得到空视建筑物聚类地图；

根据所述局部直线特征地图进行聚类，得到地面视角建筑物聚类地图；

根据所述空视建筑物聚类地图、所述地面视角建筑物聚类地图、以及空中视角和地面视角的关键帧图像和位姿信息，采用深度学习结合建筑物位置约束的方法进行粗定位，得到地面视角关键帧图像在全局直线特征地图中粗定位结果；

根据所述全局直线特征地图、所述粗定位结果以及地面视角下的关键帧图像和位姿信息，采用2D-3D匹配和位姿估计，得到地面视角关键帧图像的6自由度位姿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述空中视角城市环境图像序列基于VINS-MONO提取关键帧图像和位姿信息，并根据提取的关键帧图像构建空中视角下的全局直线特征地图，包括：

将所述空中视角城市环境图像序列采用VINS-MONO方法进行处理，得到若干幅空中视角关键帧图像及其对应的位姿信息；

对所述空中视角关键帧图像采用LSD方法，得到二维直线集，并采用图像中两个端点坐标和直线的LBD描述子提取每条二维直线的直线特征；

采用LBD匹配和弱极线约束的方法跟踪不同所述空中视角关键帧图像中直线特征，得到正确跟踪的匹配直线；

将不同所述空中视角关键帧图像中同一所述匹配直线的端点的三维空间直线坐标取均值作为匹配直线的端点在全局直线特征地图的三维端点坐标；

根据所有所述匹配直线的端点在全局直线特征地图的三维端点坐标，得到空中视角下的全局直线特征地图。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用LBD匹配和弱极线约束的方法跟踪不同所述空中视角关键帧图像中直线特征，得到正确跟踪的匹配直线，包括：

计算一个所述空中视角关键帧图像中的待跟踪直线的LBD描述子汉明距离；

如果另一个所述空中视角关键帧图像存在一条与待跟踪直线的LBD描述子汉明距离相近的直线特征时，则该直线特征即为正确跟踪的匹配直线；

如果另一个所述空中视角关键帧图像存在多余一条与待跟踪直线的LBD描述子汉明距离相近的直线特征时，则计算待跟踪直线端点的极限约束，确定正确跟踪的匹配直线；极限约束的表达式为：

预设阈值，

其中，为另一个所述空中视角关键帧图像中待跟踪直线两个端点为端点的线段长度；为在另一个所述空中视角关键帧图像中以待跟踪直线与两条极线的交点为端点的线段长度。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将不同所述空中视角关键帧图像中同一跟踪直线的端点的三维空间直线坐标取均值作为匹配直线的端点在全局直线特征地图的三维端点坐标，步骤中所述匹配直线的端点的三维空间直线坐标的计算步骤具体包括：

对待跟踪直线特征对应的空间直线在世界坐标系下的坐标表示采用普鲁克表示方法进行表示；

在不同空中视角关键帧图像中得到跟踪直线特征时，生成一个约束方程；所述约束方程为：

，

其中，为普鲁克坐标下待跟踪直线特征对应的空间直线的方向，为普鲁克坐标下待跟踪直线特征对应的空间直线到原点的距离，为待跟踪直线特征对应的空间直线在空中视角关键帧图像相机坐标系下的投影平面法向量，、为关键帧位姿信息；

对幅空中视角关键帧图像生成约束方程组为：

，

采用最小二乘法求解约束方程组，将系数矩阵进行奇异值分解：

=svd，

将矩阵的最后一列作为三维空间直线坐标。