一种基于局部邻域地图的高精度图像导航定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于局部邻域地图的高精度图像导航定位方法，属于视觉导航领域，具体包含离线地图测绘阶段和导航定位阶段两个阶段：具体包含：采集原始数据；建立视觉位置地图1和地理位置地图2；构建视觉/地理坐标映射表步骤四：计算当前帧图像在视觉坐标系下的位置；提取的邻域坐标映射表；计算相似变换模型参数，由参数得到载体位置信息。可以达到分米级的动态定位精度。通过离线建立导航地图并利用该地图进行载体在线实时的导航定位，实现仅依赖于图像进行车载的自主导航定位，并且达到分米级的动态定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于局部邻域地图的高精度图像导航定位方法
本专利技术属于视觉导航领域，具体涉及一种基于局部邻域地图的高精度图像导航定位方法。
技术介绍
对于战时GPS信号拒止环境下，车载全自主导航主要依赖于传统惯性导航系统。由于惯性导航系统长时间运行导航定位的累积误差较大，无法适用于长时间的高精度导航定位需求，需要寻求新的全自主导航定位方法。近年来，视觉SLAM被广泛应用于无人机、机器人等领域，能够根据图像序列完成局部环境内的地图绘制以及定位，具有高度自主性和较高的定位精度。最早等人提出的并行跟踪与制图(paralleltrackingandmapping，PTAM)的算法，首次将定位和制图分为两个独立的线程进行并使用非线性优化，表现出较好的实时性。随后，等人利用ORB特征，在上述PATM算法的基础上提出了ORB-SLAM系统。该系统分为跟踪定位、局部地图创建和闭环检测三个线程，并引入本质图来提升回环检测的速度。由于ORB-SLAM算法在工程上具有较好的实用性，许多学者都是在ORB-SLAM算法的基础上进行完善，以提升SLAM定位性能。以上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于局部邻域地图的高精度图像导航定位方法，其特征在于：具体包含以下两个阶段；/n阶段一：离线地图测绘阶段：/n步骤一：采集原始数据；/n步骤二：建立视觉位置地图1和地理位置地图2；/n步骤三：构建视觉/地理坐标映射表；/n阶段二：导航定位阶段：/n步骤四：计算当前帧图像在视觉坐标系下的位置；/n步骤五：提取的邻域坐标映射表；/n步骤六：计算相似变换模型参数，由参数得到载体位置信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于局部邻域地图的高精度图像导航定位方法，其特征在于：具体包含以下两个阶段；
阶段一：离线地图测绘阶段：
步骤一：采集原始数据；
步骤二：建立视觉位置地图1和地理位置地图2；
步骤三：构建视觉/地理坐标映射表；
阶段二：导航定位阶段：
步骤四：计算当前帧图像在视觉坐标系下的位置；
步骤五：提取的邻域坐标映射表；
步骤六：计算相似变换模型参数，由参数得到载体位置信息。


2.根据权利要求1所述的一种基于局部邻域地图的高精度图像导航定位方法,其特征在于：在步骤一中，采用测绘导航数据采集硬件平台采集原始数据：所述测绘导航数据采集硬件平台包含RTK数据采集模块、图像采集模块、数据处理模块和无线数据监控模块。


3.根据权利要求1所述的一种基于局部邻域地图的高精度图像导航定位方法,其特征在于：所述步骤二具体如下；
测绘阶段利用ORB-SLAM通过分析连续的图像序列来推算载体位置随时间的变化，图像序列之间的共视关系以及共视点的图像位置刻画了相机在某一约定坐标系下的运动参数，将这一约定坐标系定义为视觉坐标系；利用ORB-SLAM系统输入步骤一采集的图像以及时间序列，得到每一帧图像在视觉坐标系下的三维空间位置坐标记为{v(tk)}，其中k＝1,2,3...,N，tk为图像采集时刻，从而建立区域的视觉位置地图1，同时保存应用场景内的所有关键帧图像、关键帧图像对应的词袋向量以及与关键帧图像存在共视关系的三维空间特征点；
利用RTK设备得到的经纬度是基于WGS-84坐标系的，由于在计算相似变换模型参数时采用的是直角坐标，因此需要将WGS-84坐标系下的经度、纬度和高度转换到当地地理位置为原点的直角坐标系下；
在地球上经度、纬度、高度为(L,λ,h)的位置，将其转换为地球坐标系Oe-XeYeZe下的关系式为



式中，Re＝6378137m为参考椭球赤道平面半径，f＝1/298.257223563为参考椭球扁率；
由于地球坐标系下的坐标值一般较大，不利于在局部地理区域内使用，通常采用某一位置为基准建立当地地理坐标系，若选择的参考位置经纬高度坐标为(L0,λ0,h0)，根据式计算出来的地球坐标系下坐标为Xe0＝(Xe0,Ye0,Ze0)T，则可根据下式将地球坐标系转换到当地地理坐标系下：



根据式和式就可以将采集的RTK位置的经纬高坐标转换到当地地理坐标系下，并记为其中j＝1,2,...,M，为RTK数据采集时刻，从而建立地理位置地图2。


4.根据权利要求1所述的一种基于局部邻域地图的高精度图像导航定位方法,其特征在于：所述步骤三具体如下：由步骤一所知图像采集频率与RTK采集频率不一致，对于各个图像采集点，根据步骤二建立的视觉位置地图1和地理位置地图2，建立视觉/地理坐标映射表，考虑在tk时刻下对地理坐标的推算，采用一阶线性插值的方法，利用时间戳找到离tk时刻最近的RTK采集时刻，如图三中的和利用如下公式可获得tk时刻的地理坐标为：



通过对所有的图像采集时刻获得对应的地理坐标后，建立视觉/地理坐标映射表。


5.根据权利要求1所述的一种基于局部邻域地图的高精度图像导航定位方法,其特征在于：在步骤四中，计算当前帧图像在视觉坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵科东，孙永荣，薛杨，赵伟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32