(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210382990.4 (22)申请日 2022.04.12 (71)申请人 中国计量大 学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区 学源街258号 (72)发明人 吴慧秀　郑恩辉　阙建飞　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 林超 (51)Int.Cl. G01C 21/00(2006.01) G01C 22/00(2006.01) G06V 20/10(2022.01) G06V 10/44(2022.01) G06V 10/74(2022.01) (54)发明名称 一种单目视 觉里程计目标位姿检测方法 (57)摘要 本发明公开了一种单目视觉里程计目标位 姿检测方法。 用单目相机实时采集目标图像对两 帧图像进行特征点的改进提取与匹配， 具体是依 次用图像金字塔和灰度质心法 处理， 用像素级处 理方法检测图像得到初始角点， 用HARRIS响应值 筛选后得到角点集合， 邻域像素值构建角点的二 进制描述子形成特征点， 用快速最近邻搜索算法 得到侯选 特征匹配点对， 用渐进一致采样方法精 匹配和提纯； 针对特征点的提取与匹配结果进行 处理进行目标的位姿检测跟踪。 本发 明利用区分 度更高、 构建效率更高的改进角点提取算法， 提 高了角点检测的精度， 同时采用HARRIS角点检测 算法筛选优质角点， 利用RANSA C算法和双向匹配 法剔除误匹配对， 进一 步提高整体的定位精度。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114964206 A 2022.08.30 CN 114964206 A 1.一种单目视 觉里程计目标位姿检测方法， 其特 征在于： 方法包括以下步骤： 1)用单目相机实时采集带有目标的图像； 2)用改进的方法对前后两帧相邻图像进行 特征点的提取与匹配， 获得 特征匹配点对； 3)针对特征点的提取与匹配结果获取与之对应的相机的外参矩阵， 再根据外参矩阵实 时对每一帧的图像进行处 理实现目标的位姿检测跟踪。 2.根据权利要求1所述的一种单目视觉里程计目标位姿检测方法， 其特征在于： 所述2) 具体为： 步骤S1： 依次采用图像金字塔和灰度质心法对步骤1)获得的原 始图像进行处 理； 步骤S2： 利用像素级处理方法检测步骤S1处理后的图像得到初始角点， 针对所有初始 角点计算HAR RIS响应值并筛 选后得到角点 集合； 步骤S3： 基于邻域像素值构建角点的二进制描述子， 并形成特 征点； 步骤S4： 采用快速最近邻搜索算法对待配准图像和参考图像处理得到侯选特征匹配点 对； 步骤S5： 先采用RANSAC算法对侯选特征匹配点对进行筛选， 再利用双向交叉匹配的方 式对筛选后的侯选特 征匹配点对进行精匹配和提纯， 获得 特征匹配点对。 3.根据权利要求2所述的一种单目视觉里程计目标位姿检测方法， 其特征在于： 所述步 骤S1中， 对步骤1)采集的原始图像进行 处理， 先输入到图像金字塔中进 行尺度归一化， 再采 用灰度质心法得到 旋转归一 化， 获得处 理后的图像。 4.根据权利要求2所述的一种单目视觉里程计目标位姿检测方法， 其特征在于： 所述步 骤S2具体为： 步骤S21： 在图像中遍历每个像素点作为参考像素点P， 参考像 素点P的亮度为IP， 预先设 置亮度变化阈值 为T； 步骤S22： 以参考像素点P为中心建立半径为4像素的圆， 对位于圆边缘上的24个像素点 沿固定的一个时针方向进行顺序标号； 步骤S23： 将标号 为1、 5、 9、 13、 17、 21的六个 像素点与参 考像素点P的亮度进行比较： 若其中有五个像素点的亮度均大于IP+T或小于IP‑T时， 则参考像素点P可能是一个角 点， 进入步骤S15； 否则， 再进入步骤S14； 步骤S24： 将标号 为3、 7、 11、 15、 19、 23的六个 像素点与参 考像素点P的亮度进行比较： 若其中有五个像素点的亮度均大于IP+T或小于IP‑T时， 则参考像素点P可能是一个角 点， 进入步骤S15； 否则参 考像素点P不是角点； 步骤S25： 遍历位于圆边缘上的24个像素点中每组连续的18个像素点， 并判断： 若有连 续的18个像素点的亮度均大于 IP+T或小于IP‑T， 则参考像素点P是初始角点， 否则像素点P不 是初始角点； 步骤S26： 重复步骤S12～S15， 对每一个像素点执行相同的操作， 完成每一个像素点是 否为初始角点的判断。 5.根据权利要求2所述的一种单目视觉里程计目标位姿检测方法， 其特征在于： 所述步 骤S3具体为： 以角点为中心框选一个N ×N大小的矩形窗口， 随机选取128对在该窗口内坐标位置满权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114964206 A 2足高斯分布 的像素点对i和j， i和j， 再针对其中每对像素点对处理获得比较参 数： 其中， Ii、 Ij分别表示像素点对中的两个像素点对， i、 j分别表示像素点的序数， BREIFi,j 表示像素点 i和j之间的像素值大小比较参数； 将所有对像素点对的比较参数共同构 成该角点的描述子， 将每个角点及其对应的一个 描述子构成一个特 征点， 从而将各个角点处 理变成了特 征点。 6.根据权利要求2所述的一种单目视觉里程计目标位姿检测方法， 其特征在于： 所述步 骤S4具体为： 以前一帧图像作为参考图像， 以后一帧图像作为待配准图像， 待配准图像和参 考图像的特 征点使用FLAN N快速最近邻搜索算法处 理获得各个候选匹配点对。 7.根据权利要求2所述的一种单目视觉里程计目标位姿检测方法， 其特征在于： 所述步 骤S5中， 双向交叉匹配的方式具体步骤为： S51、 以参考图像 中的候选匹配特征点作为遍历对象， 针对参考图像 中的候选匹配特征 点E1， 遍历待配 准图像中的各个 候选匹配特征点， 得到针对参考图像中的候选匹配特征点E1 在待配准图像中匹配的最近邻候选匹配特征点E11和次近邻候选匹配特征点E12， 最近邻候 选匹配特 征点E11和次近邻候选匹配特 征点E12满足如下关系式： 其中， D(E1,E11),D(E1,E12)分别是参考图像的候选匹配 特征点E1与待配准图像的最近邻 候选匹配特 征点E11、 次近邻候选匹配特 征点E12的距离相似性度量 值； 如满足上述关系式， 则 取参考图像中的候选匹配特征点E1和待配准图像中的最近邻候 选匹配特 征点E11构成候选匹配对； S52、 以参考 图像中的候选匹配特征点作为遍历对象， 按照S51遍历参考图像中的每个 候选匹配特 征点， 得到所有的候选匹配对， 进 而组成第一 候选匹配对集 合A； S53、 以待配准图像中的候选匹配特征点作为遍历对象， 按照S51遍历待配准图像中的 每个候选匹配特 征点， 得到所有的候选匹配对， 进 而组成第二 候选匹配对集 合B； 最后再将第 一候选匹配对集合A和第 二候选匹配对集合B进行比较， 如果两个集合中各 自的一个候选匹配对之间完全相同， 则该候选匹配对被认为是有效的匹配对， 最终筛选后 以所有有效的匹配对组成作为 最终的特 征点匹配对集 合。 8.根据权利要求1所述的一种单目视觉里程计目标位姿检测方法， 其特征在于： 所述步 骤3)是具体利用最终获得的特征匹配点对根据相 机的投影原理计算得到描述相 机运动的 旋转矩阵和平 移向量。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114964206 A 3