基于逆透视投影变换的单目视觉定位方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102221358A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102221358A(43)申请公布日2011.10.19(21)申请号201110070941.9(22)申请日2011.03.23(71)申请人中国人民解放军国防科学技术大学地址410073湖南省长沙市开福区德雅路109号(72)发明人冯莹曹毓魏立安雷兵陈运锦杨云涛赵立双(74)专利代理机构国防科技大学专利服务中心43202代理人王文惠(51)Int.Cl.G01C11/08(2006.01)G01C11/28(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称基于逆透视投影变换的单目视觉定位方法(57)摘要本发明提供一种基于逆透视投影变换的单目视觉定位方法，采用的技术方案如下：将姿态传感器与相机固定在一起，安装在轮式车辆上，对行驶过程中拍摄的图像进行下述处理：第一步，对图像序列进行逆透视投影变换；第二步，计算相邻图像间的变换矩阵；第三步，确定轮式车辆行驶轨迹曲线。本发明的有益效果是利用姿态传感器获得的实时姿态信息辅助轮式车辆的定位，获得了较高精度的定位结果；将图像进行逆透视投影变换，消除了透视效果，进一步提高了轮式车辆定位精度。CN102358ACCNN110222135802221369A权利要求书1/2页1.一种基于逆透视投影变换的单目视觉定位方法，其特征在于，将姿态传感器与相机固定在一起，并且相机的放置位置使相机可以拍摄到车身周围任何一个方向上的路面；根据需要设置相机的帧频和分辨率；相机帧频的设置需要保证在轮式车辆正常行驶过程中，相机拍摄的相邻两幅图像对应的视场区域有重叠的部分；假设记录轮式车辆行驶轨迹曲线的起始时刻为t1，该时刻相机拍摄的图像为P1；在时刻ti(i＝1，2..，n，其中n为图像总数)，相机拍摄到第i幅图像Pi，姿态传感器获得的相机姿态角为ai；实施下述步骤：第一步，对图像序列进行逆透视投影变换；在时刻ti，由相机姿态角ai获得相机外参数矩阵Ai，结合相机内参数矩阵获得图像的逆透视投影变换矩阵Bi；根据获得的逆透视投影变换矩阵Bi，对在时刻ti拍摄的图像Pi进行逆透视投影变换，获得路面正下视图P′i；假设所有时刻的路面正下视图P′i组成正下视图序列P′1，P′2，L，P′n；第二步，计算相邻图像间的变换矩阵；对正下视图序列P′1，P′2，L，P′n的任何相邻图像P′q和P′q+1，q＝1，2，L，n-1，进行下述处理：第(1)步，提取特征点；使用SURF特征描述算子对相邻图像P′q和P′q+1进行特征提取，特征提取后图像P′q的特征点集为Fq，图像P′q+1的特征点集为Fq+1；每幅图像特征点集的特征点个数与图像的分辨率、纹理复杂度和SURF算子的参数设置有关，可根据使用需要确定；第(2)步，获取图像间刚体变换模型的参数；对相邻图像P′q和P′q+1，建立刚体变换模型描述两幅图像之间的变换关系，刚体变换模型如下：q＝1，2...，n-1其中，假设图像P′q的特征点集Fq对应的图像特征像素点坐标集为{(xj，yj)}，j＝1...m，图像P′q+1的特征点集Fq+1对应的图像特征像素点坐标集为{(x′k，y′k)}，k＝1...m′，其中m、m′分别为特征点集Fq和Fq+1包含的特征点数量，θq表示图像P′q+1相对于P′q旋转的角度，(dxq，dyq)为图像P′q+1相对于P′q的像素坐标平移量；利用图像P′q和P′q+1对应的图像特征像素点坐标集，采用RANSAC估计算法求解刚体变换模型，便可以算得刚体变换模型的参数θq和(dxq，dyq)；第三步，确定轮式车辆行驶轨迹曲线；根据获得的刚体变换模型参数θq和(dxq，dyq)，计算出相邻时刻tq和tq+1之间轮式车辆的移动距离dLq，q＝1，2...，n-1，其中，M为正下视图的纵向分辨率；D为正下视图纵向分辨率为M时对应的纵向实际视场范围，M和D的值可根据需要进行确定；轮式车辆在世界坐标系下所处位置坐标Locq+1，其中Loc1位于坐标原点，即其余Locq+1(q＝1，2，L，n-1)的横坐标和纵坐标为：2CCNN110222135802221369A权利要求书2/2页将各时刻对应位置坐标点Loci(i＝1，2，L，n)依次连接，便可以得到轮式车辆的行驶轨迹曲线。3CCNN110222135802221369A说明书1/4页基于逆透视投影变换的单目视觉定位方法技术领域[0001]本发明涉及摄像测量和图像处理技术领域，进一步是涉及一种利用逆透视投影变换算法对运动平台进行单目视觉定位的方法。背景技术[0002]汽车自主驾驶技术是近年来国内外研究的热点问题，其中的关键技术是如何对轮式车辆实现实时准确的自定位。目前，常用的定位方案是利用