[发明专利]一种用于室内环境的单目视觉/惯性全自主导航方法

摘要

本发明公开了一种用于室内环境的单目视觉/惯性全自主导航方法，属于视觉导航和惯性导航领域。该方法是基于图像的局部不变特性获得特征点信息，利用摄像机运动产生的视差形成的对极几何，求解基础矩阵，利用标定的摄像机内参求解本质矩阵，根据本质矩阵获得摄像机位姿信息，最后将视觉导航信息与惯导信息结合获得相对精确、可靠的导航信息，并对空间特征点进行3D重构，获得环境信息地图，完成载体的自主导航。本发明实现了载体在陌生室内环境中不依赖合作目标的自主导航，算法可靠性高，实现成本低。

主权项

一种用于室内环境的单目视觉/惯性全自主导航方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤1：对载体上的摄像机进行内参标定，获得空间特征点从世界坐标系到图像坐标系的投影关系，并对摄像机的畸变进行非线性优化；步骤2：利用摄像机采集序列图像，基于尺度不变特征提取算法提取摄像机采集到的序列图像前后两帧中的空间特征点信息；步骤3：根据步骤2获得的空间特征点信息进行图像初始匹配，得到初始匹配结果；依据空间特征点匹配信息量自适应调整步骤2中尺度不变特征提取算法的影响因子，获得至少7对匹配特征点；步骤4：根据步骤3得到的初始匹配结果，基于两帧图像之间视差产生的对极几何约束，求解基础矩阵，通过对极几何约束剔除错误匹配，保留正确匹配特征点信息；步骤5：根据步骤1标定获得的摄像机内参，结合步骤4中基础矩阵的求解结果，求解本质矩阵；利用奇异值分解，根据本质矩阵求解摄像机位姿变换的旋转矩阵和位移向量，并对所求旋转矩阵进行解算获得视觉位姿变换信息；步骤6：利用惯性器件获得载体的惯性导航信息，将该惯性导航信息与步骤5获得的视觉位姿变换信息进行比较，保留视觉位姿变换信息中与惯性器件相近的数据作为正解，同时对摄像机坐标系与载体坐标系之间的安装误差进行修正，并将惯导与视觉导航获得的信息结合得到融合导航信息，同时获得载体本身的平移及转动速度；步骤7：根据步骤6得到的融合导航信息，结合步骤4中保留的正确匹配特征点信息，利用步骤1中获得的投影关系进行空间特征点3D重构，从而获得准确的环境信息，完成载体在环境中的自主导航。