基于视觉的定位系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种不受卫星信号、天气温度、多径效应等因素影响的基于视觉的定位系统及方法，涉及机器人和无人车视觉定位领域。本发明专利技术基于视觉感知移动平台周围的环境，获得图像地图，将该图像地图与采样地图进行对比，进而确定移动平台的位姿，本发明专利技术能够在GPS信号弱或基站覆盖范围较少的地方，也能确定移动平台的具体位置，提高定位的精确度。

【技术实现步骤摘要】
基于视觉的定位系统及方法
本专利技术涉及机器人和无人车视觉定位领域，特别涉及一种基于视觉的定位系统及方法。
技术介绍
定位系统在机器人、自主驾驶系统等移动平台中起着重要的作用。同时，在环境感知、环境检测、路径规划、实时控制等操作和动作都不同程度的依赖于定位系统的定位结果。准确和稳定的定位系统是机器人和无人车实现其系统功能的基础和根本。目前的定位方式主要采用GPS卫星定位或移动平台基站定位。就GPS卫星定位系统而言，在高楼、树林和室内环境下由于GPS卫星信号受到遮挡以及复杂环境的多径效应的影响和干扰，定位系统不稳定，定位误差大。而在利用基站信号进行定位时，其定位精度和可靠性会受到基站覆盖范围和基站差分数据传输距离的影响。所以，在许多场景和环境下，依靠上述的GPS卫星定位或移动基站平台是远远不够的。甚至，在某些区域和环境下，上述的定位系统是失效和不可靠的。
技术实现思路
针对上述不足，本专利技术提供一种不受卫星信号、天气温度、多径效应等因素影响的基于视觉的定位系统及方法。本专利技术的基于视觉的定位系统，所述系统包括：视觉摄像机设备，安装在移动平台上，用于获取移动平台周围的场景所对应的图像，作为待定位图像；处理器，用于提取待定位图像的特征数据，并将提取的特征数据与数据库中的采样图像进行特征匹配，确定当前移动平台的位姿；数据库，用于存储数据库建库阶段移动平台不同位姿拍摄的采样图像和图像特征数据。优选的是，所述待定位图像为静态照片或动态视频中的视频帧图像。优选的是，所述处理器包括：特征提取模块，用于提取获得的待定位图像的特征数据集合；特征匹配模块，用于根据提取的特征数据集合，与数据库中存储的采样图像对应的特征进行匹配，搜索出匹配的相应采样图像；定位模块，通过将获取的图像与数据库采样图像进行特征匹配，从而反向解算出视觉摄像机设备的位姿，然后根据视觉摄像机设备和移动平台固定的相对坐标关系，从而最终确定当前移动平台的位姿。。优选的是，使用相同的视觉摄像机设备、视觉摄像机设备安装位置和安装角度。优选的是，所述定位系统还包括：位姿输入模块，用于输入预判断定位位姿或获取移动平台的初始位姿；搜索模块，用于参考输入的预判定位位姿，搜索采样图像，搜索到的采样图像用于特征匹配。本专利技术提供一种基于视觉的定位方法，包括：拍摄步骤，用于利用视觉摄像机设备获取移动平台周围的场景所对应的图像，作为待定位图像；处理步骤，用于提取待定位图像的特征数据，并将提取的特征数据与数据库中的采样图像进行特征匹配，确定当前移动平台的位姿；采样步骤，用于移动平台在各个位姿拍摄的图像采样，特征提取，图像及图像特征数据的存储。优选的是，所述待定位图像为静态照片或动态视频中的视频帧图像。优选的是，所述处理步骤包括：特征提取步骤，用于提取获得待定位图像的特征数据集合；特征匹配步骤，用于根据提取的特征数据集合，与数据库中存储的采样图像对应的特征进行匹配，搜索出匹配的相应采样图像；定位步骤，通过将获取的图像与采样图像进行特征匹配，从而反向解算出视觉摄像机设备的位姿，然后根据视觉摄像机设备和移动平台固定的相对坐标关系，从而最终确定当前移动平台的位姿。优选的是，使用相同的视觉摄像机设备、视觉摄像机设备安装位置和安装角度。优选的是，所述定位方法还包括：位姿输入步骤，用于输入预判断定位位姿或获取移动平台的初始位姿；搜索步骤，用于参考输入的预判定位位姿，搜索采样图像，搜索到的采样图像用于特征匹配。本专利技术的有益效果在于，本专利技术提供一种基于视觉感知移动平台周围的环境，获得图像地图，将该图像地图与采样地图进行对比，进而确定移动平台的位姿，本专利技术能够在GPS信号弱或基站覆盖范围较少的地方，也能确定移动平台的具体位置，提高定位的精确度。上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本专利技术的目的。附图说明图1为本专利技术的实施方式一的基于视觉的定位系统的原理示意图。图2为本专利技术的实施方式二的基于视觉的定位方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。实施方式一：本实施方式提供一种基于视觉的定位系统，如图1所示，包括：视觉摄像机设备，安装在移动平台上，用于获取移动平台周围的场景所对应的图像，作为待定位图像；处理器，用于提取待定位图像的特征数据，并将提取的特征数据与数据库中的采样图像进行特征匹配，确定当前移动平台的位姿；数据库，用于存储数据库建库阶段移动平台不同位姿拍摄的采样图像和图像特征数据。本实施方式的数据库是需要预先得到，需要获得采样图像的坐标点。然后在这些坐标点上，利用视觉摄像机设备获取移动平台周围环境的感知数据，例如相机从八个方向(东、南、西、北、东南、西南、东北和西北)对该坐标点的周围环境进行拍摄，获得图像数据。利用实时获取的视觉感知数据和视觉建图算法从而建立起视觉数据环境地图作为参考地图，即：数据库中的存储的采样图像的特征；视觉摄像机设备安装在移动平台上，如机器人、驾驶系统等，视觉摄像机设备上电获取当前图像数据，当前图像数据的图像特征与数据库中的参考地图进行特征数据匹配，匹配成功就能确定当前移动平台的定位位姿。本实施方式的定位，不需要考虑卫星信号的强弱或基站信号的覆盖范围，保证了测量精度。本实施方式的待定位图像为静态照片，还可以是动态视频中提取的视频帧图像。优选实施例中，本实施方式的处理器包括：特征提取模块，用于提取获得的待定位图像的特征数据集合；特征匹配模块，用于根据提取的特征数据集合，与数据库中存储的采样图像对应的特征进行匹配，搜索出匹配的相应采样图像；定位模块，通过将获取的图像与数据库采样图像进行特征匹配，从而反向解算出视觉摄像机设备的位姿，然后根据视觉摄像机设备和移动平台固定的相对坐标关系，从而最终确定当前移动平台的位姿。本实施方式的特征数据可以是特征点，也可以是特征线。一张图像中所有特征点或特征线组成图像特征数据集合。匹配时，图像特征数据集合中的特征点或特征线与采样图像中的特征具有相同的位置关系，则确定匹配成功。本实施方式特征匹配时，当待匹配的两个特征的距离达到预设距离，则确定这两个特征匹配。当待匹配的两个特征的重叠范围达到预设范围，则确定这两个特征匹配。优选实施例中，本实施方式使用相同的视觉摄像机设备、视觉摄像机设备安装位置和安装角度。采用相同的拍摄设备、拍摄位置和拍摄角度，使采样图像和待定位图像的特征更为相似，提高匹配效率。优选实施例中，本实施方式的定位系统还包括：位姿输入模块，用于输入预判断定位位姿或获取移动平台的初始位姿；搜索模块，用于参考输入的预判定位位姿，搜索采样图像，搜索到的采样图像用于特征匹配。当用户需要定位且知道本移动平台处于某个区，可以输入“某区”，本实施方式的搜索模块会搜索该“某区”内的地图，用于对比，减少了搜索及对比量，节省时间。实施方式二：本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于视觉的定位系统，其特征在于，所述系统包括：视觉摄像机设备，安装在移动平台上，用于获取移动平台周围的场景所对应的图像，作为待定位图像；处理器，用于提取待定位图像的特征数据，并将提取的特征数据与数据库中的采样图像进行特征匹配，确定当前移动平台的位姿；数据库，用于存储数据库建库阶段移动平台不同位姿拍摄的采样图像和图像特征数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉的定位系统，其特征在于，所述系统包括：视觉摄像机设备，安装在移动平台上，用于获取移动平台周围的场景所对应的图像，作为待定位图像；处理器，用于提取待定位图像的特征数据，并将提取的特征数据与数据库中的采样图像进行特征匹配，确定当前移动平台的位姿；数据库，用于存储数据库建库阶段移动平台不同位姿拍摄的采样图像和图像特征数据。2.根据权利要求1所述的基于视觉的定位系统，其特征在于，所述待定位图像为静态照片或动态视频中的视频帧图像。3.根据权利要求1或2所述的基于视觉的定位系统，其特征在于，所述处理器包括：特征提取模块，用于提取获得的待定位图像的特征数据集合；特征匹配模块，用于根据提取的特征数据集合，与数据库中存储的采样图像对应的特征进行匹配，搜索出匹配的相应采样图像；定位模块，通过将获取的图像与数据库采样图像进行特征匹配，从而反向解算出视觉摄像机设备的位姿，然后根据视觉摄像机设备和移动平台固定的相对坐标关系，从而最终确定当前移动平台的位姿。4.根据权利要求3所述的基于视觉的定位系统，其特征在于，使用相同的视觉摄像机设备、视觉摄像机设备安装位置和安装角度。5.根据权利要求4所述的基于视觉的定位系统，其特征在于，所述定位系统还包括：位姿输入模块，用于输入预判断定位位姿或获取移动平台的初始位姿；搜索模块，用于参考输入的预判定位位姿，搜索采样图像，搜索到的采样图像用于特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢建平，储贻波，张廷聪，杨军，罗聪，
申请(专利权)人：上海勤融信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31