VSLAM方法、控制器和可移动设备技术

本发明专利技术涉及一种VSLAM方法、控制器和可移动设备，属于可移动设备领域。该VSLAM方法在计算视觉相对位姿时，根据匹配成功的图像和关键帧之间的相互匹配的特征点的二维坐标计算得到。本发明专利技术可以提高计算视觉相对位姿的成功率，进而在定位和建图时提高准确度和运算速度。

【技术实现步骤摘要】
VSLAM方法、控制器和可移动设备
本专利技术涉及可移动设备领域，尤其涉及一种VSLAM方法、控制器和可移动设备。
技术介绍
可移动设备是自主或半自主执行工作的机器装置，能够应用到很多场景。可移动设备通过多种传感器获取环境信息，并对环境信息作出对应的反应，以便可移动设备安全、可靠、高效、智能地完成设定任务。同步定位与建图(SimultaneousLocalizationandMapping，SLAM)是指可移动设备在未知环境中从一个未知位置开始移动，在移动过程中根据自身位姿和地图进行自身定位，同时在自身定位的基础上建造增量式地图，实现可移动设备的自主定位和导航。视觉SLAM(VisualSLAM，VSLAM)是指可移动设备利用视觉系统实现自主定位与地图创建，具有成本低，适应性强等优势。VSLAM系统中，将视觉图像与航位推算方法结合，从而对可移动设备进行定位和建图。在现有的VSLAM相关技术中，往往会涉及到通过视觉来计算视觉相对位姿。在计算视觉相对位姿时，一般是先对当前图像的特征点与预先创建的路标的特征点进行匹配，根据匹配上的路标上的特征点的三维坐标计算得到，特征点的三维坐标一般是指特征点所对应的空间点在摄像机坐标系下的三维坐标，也可以将摄像机坐标系下的三维坐标转换到全局坐标系下。如果特征点的三维坐标是全局坐标系下的，且全局坐标系的原点选为可移动设备在全局坐标系下的初始位置点，则视觉相对位姿与视觉绝对位姿相同。特征点所对应的空间点的三维坐标一般是根据选定的两帧图像计算得到的，参与计算的两帧图像需要满足一些条件才能计算出空间点的三维坐标，比如两帧图像中能够匹配上的特征点要足够多、两帧图像在空间中的距离在设定范围内等。在某些场景中，比如，图像采集周期较长，或相邻图像变化较大，计算特征点的三维坐标容易失败，导致创建路标的成功率降低，数据库中可用于匹配的路标减少，则后续VSLAM计算结果不够准确，进而影响最终的定位和建图结果。
技术实现思路
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本专利技术提供一种VSLAM方法、控制器和可移动设备。根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种VSLAM方法，包括：接收视觉传感器发送的图像；向预先建立的关键帧数据库内读取关键帧，以及，在读取到关键帧后，对所述图像与读取到的关键帧进行匹配；根据匹配成功的图像和关键帧计算视觉相对位姿相关信息，其中，所述视觉相对位姿相关信息包括视觉相对位姿，所述视觉相对位姿根据匹配成功的图像和关键帧之间的相互匹配的特征点的二维坐标计算得到；如果得到视觉相对位姿相关信息，则根据所述视觉相对位姿相关信息和航位推算相对位姿相关信息更新可移动设备的绝对位姿和地图。可选的，所述关键帧包括：绝对位姿，所述绝对位姿为拍摄所述关键帧依据的图像时可移动设备在全局坐标系中的位姿，所述地图中包括至少一个节点的绝对位姿，所述方法还包括：根据更新后的地图中的节点的绝对位姿，更新与节点对应的关键帧中的绝对位姿。可选的，所述根据匹配成功的图像和关键帧计算视觉相对位姿相关信息，包括：对匹配成功的关键帧进行排序；依序选择一个匹配成功的关键帧作为候选帧；根据图像的特征点的二维坐标和候选帧的特征点的二维坐标，采用对极几何原理，计算得到视觉相对位姿；根据预设的合理条件，判断所述视觉相对位姿是否合理；重新选择候选帧及后续计算，直至循环结束，所述循环结束包括：合理的视觉相对位姿的个数达到预设的个数阈值，或者，所有匹配成功的关键帧均被选择；在循环结束后，如果存在合理的视觉相对位姿，则将合理的视觉相对位姿及其相关信息加入到预处理结果中，所述相关信息包括：协方差矩阵和所关联的两个节点标识。可选的，还包括：在达到预设的创建条件时，对所述图像提取特征点，得到特征点的二维坐标和描述子；在提取的特征点的个数大于或等于预设提取阈值时，则创建新的关键帧，并将所述新的关键帧存储到关键帧数据库中，所述新的关键帧包括：所述特征点的二维坐标和描述子。可选的，所述关键帧还包括：绝对位姿，所述绝对位姿为拍摄所述关键帧依据的图像时可移动设备在全局坐标系中的位姿，所述方法还包括：根据前一幅图像或关键帧对应的绝对位姿以及相应时间间隔对应的航位推算相对位姿来计算所述图像对应的绝对位姿。可选的，还包括：接收航位推算传感器发送的原始位姿；或者，接收航位推算传感器发送的运动数据，并根据所述运动数据计算得到原始位姿；根据所述原始位姿计算得到所述航位推算相对位姿相关信息。可选的，所述根据所述视觉相对位姿相关信息和航位推算相对位姿相关信息更新可移动设备的绝对位姿和地图，包括：在得到视觉相对位姿相关信息后，创建当前节点；根据所述航位推算相对位姿相关信息确定里程边，并采用所述里程边将所述当前节点连接到已有的最后创建的节点上；在已有节点中存在与所述当前节点关联的关键帧节点时，根据所述视觉相对位姿相关信息确定视觉边，并采用所述视觉边将所述当前节点连接到相关联的关键帧节点上；以及，对节点和边进行图优化，得到更新后的可移动设备的绝对位姿和地图。可选的，还包括：如果不能得到视觉相对位姿相关信息，则采用航位推算相对位姿相关信息更新最近时刻的可移动设备的绝对位姿。可选的，所述二维坐标为特征点在像素坐标系上的二维坐标。根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种控制器，包括：处理器；以及，用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，当所述存储器中的指令被所述处理器执行时，执行如本专利技术实施例的第一方面任一项所述的方法。根据本专利技术实施例的第三方面，提供一种可移动设备，包括：航位推算传感器，用于提供原始位姿或者运动数据，以直接获取原始位姿或根据运动数据计算得到原始位姿；视觉传感器，用于采集图像；控制器，与所述航位推算传感器和所述视觉传感器连接，用于执行如本专利技术实施例的第一方面任一项所述的方法。根据本专利技术实施例的第四方面，提供一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由可移动设备中的控制器执行时，执行如本专利技术实施例的第一方面任一项所述的方法。根据本专利技术实施例的第五方面，提供一种VSLAM装置，包括：第一接收模块，用于接收视觉传感器发送的图像；匹配模块，用于向预先建立的关键帧数据库内读取关键帧，以及，在读取到关键帧后，对所述图像与读取到的关键帧进行匹配；第一计算模块，用于根据匹配成功的图像和关键帧计算视觉相对位姿相关信息，其中，所述视觉相对位姿相关信息包括视觉相对位姿，所述视觉相对位姿根据匹配成功的图像和关键帧之间的相互匹配的特征点的二维坐标计算得到；第一更新模块，用于在得到视觉相对位姿相关信息，根据所述视觉相对位姿相关信息结果和航位推算相对位姿相关信息更新可移动设备的绝对位姿和地图。可选的，所述关键帧包括：绝对位姿，所述绝对位姿为拍摄所述关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种VSLAM方法，其特征在于，包括：/n接收视觉传感器发送的图像；/n向预先建立的关键帧数据库内读取关键帧，以及，在读取到关键帧后，对所述图像与读取到的关键帧进行匹配；/n根据匹配成功的图像和关键帧计算视觉相对位姿相关信息，其中，所述视觉相对位姿相关信息包括视觉相对位姿，所述视觉相对位姿根据匹配成功的图像和关键帧之间的相互匹配的特征点的二维坐标计算得到；/n如果得到视觉相对位姿相关信息，则根据所述视觉相对位姿相关信息和航位推算相对位姿相关信息更新可移动设备的绝对位姿和地图。/n

【技术特征摘要】
1.一种VSLAM方法，其特征在于，包括：
接收视觉传感器发送的图像；
向预先建立的关键帧数据库内读取关键帧，以及，在读取到关键帧后，对所述图像与读取到的关键帧进行匹配；
根据匹配成功的图像和关键帧计算视觉相对位姿相关信息，其中，所述视觉相对位姿相关信息包括视觉相对位姿，所述视觉相对位姿根据匹配成功的图像和关键帧之间的相互匹配的特征点的二维坐标计算得到；
如果得到视觉相对位姿相关信息，则根据所述视觉相对位姿相关信息和航位推算相对位姿相关信息更新可移动设备的绝对位姿和地图。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关键帧包括：绝对位姿，所述绝对位姿为拍摄所述关键帧依据的图像时可移动设备在全局坐标系中的位姿，所述地图中包括至少一个节点的绝对位姿，所述方法还包括：
根据更新后的地图中的节点的绝对位姿，更新与节点对应的关键帧中的绝对位姿。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据匹配成功的图像和关键帧计算视觉相对位姿相关信息，包括：
对匹配成功的关键帧进行排序；
依序选择一个匹配成功的关键帧作为候选帧；
根据图像的特征点的二维坐标和候选帧的特征点的二维坐标，采用对极几何原理，计算得到视觉相对位姿；
根据预设的合理条件，判断所述视觉相对位姿是否合理；
重新选择候选帧及后续计算，直至循环结束，所述循环结束包括：合理的视觉相对位姿的个数达到预设的个数阈值，或者，所有匹配成功的关键帧均被选择；
在循环结束后，如果存在合理的视觉相对位姿，则将合理的视觉相对位姿及其相关信息组成视觉相对位姿相关信息，所述相关信息包括：协方差矩阵和所关联的两个节点标识。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在达到预设的创建条件时，对所述图像提取特征点，得到特征点的二维坐标和描述子；
在提取的特征点的个数大于或等于预设提取阈值时，则创建新的关键帧，并将所述新的关键帧存储到关键帧数据库中，所述新的关键帧包括：所述特征点的二维坐标和描述子。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帅领，迟铭，张一茗，陈震，
申请(专利权)人：速感科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11