[发明专利]一种利用双目立体相机构建栅格地图的方法

说明书

本发明公开了一种利用双目立体相机构建栅格地图的方法，属于图像处理和计算机视觉领域。利用双目相机和GPU构建高性能运算平台，并构建高性能求解算法以获高质量的包含三维信息栅格地图。本发明中的系统容易构建，使用双目立体相机即可完成输入数据的采集；程序简单，易于实现；本发明利用空间先验信息，统计学知识推算栅格高度，使得三维结果更具有鲁棒性；本发明利用空间几何求解栅格的自适应阈值，完成栅格的过滤筛选，提升了算法的泛化能力和鲁棒性。

技术领域

本发明属于图像处理和计算机视觉领域，具体涉及一种利用双目立体相机构建栅格地图的方法。本发明采用双目立体相机获取视差图像，并且利用三维空间的先验信息构建栅格地图，并利用统计学推导空间的占据以及物体的高度信息。

背景技术

近年伴随着人工智能的发展，移动机器人和汽车自动驾驶越来越受到人们的关注，而其中一个需要解决主要的问题就是导航地图的构建。导航地图中栅格地图是最为常见的一种，但是现阶段大量的栅格地图构建算法都是利用激光传感器。但是激光传感器存在着不可避免的问题，价格昂贵、现阶段难以普及，图像分辨率低难以呈现场景细节。本发明提出使用双目立体相机构建栅格地图，双目立体相机的成本低，普世易用，而且图像分辨率高。但是在现阶段的应用中少有利用双目立体相机构建栅格地图的方法，而且大多数的栅格地图构建方法所构建的是二维地图，缺少高度的信息，无法满足无人机等具有三维机动性的设备的需求。与概率栅格地图有所不同，本发明更关注每个栅格中存在物体的三维信息，因此在栅格地图存储的是物体的三维信息，而将栅格地图中栅格存在物体的概率理解为栅格被投影的次数，这样就可以通过算法进行筛选，保留高投影次数，高概率的栅格，剔除低投影次数，低概率的栅格。本发明旨在使用双目相机构建包含三维空间信息的局部避障栅格地图。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种利用双目立体相机构建栅格地图的方法。栅格地图是对空间的一种表示，在空间中某一平面上表示当前场景信息。为了说明具体算法在本发明中有如下实例，在空间中以双目立体相机中左相机与地面的垂线的交点为原点O建立空间直角坐标系，水平向右为X轴正方向，垂直向上为Y轴正方向，水平向前为Z轴正方向，此坐标系为世界坐标系。栅格地图建立在XOZ平面上，栅格地图中的每一个栅格表示平面上的一个小平面区域。栅格地图中每一个栅格有且只有一个状态，可设置的状态有三个：未知、占据、空。

本发明的具体技术方案：

一种利用双目立体相机构建栅格地图的方法，包括以下步骤：

1)创建栅格地图：

1.1)确定栅格地图的空间信息：从配置文件中获取目标计算的最高高度、最低高度、最远距离和视场角；并确定栅格地图的空间信息，即栅格地图覆盖最高位置、最低位置、最远位置、最近位置、最右侧位置和最左侧位置；

1.2)划分栅格：将栅格地图划分为规则图形；计算出每个栅格中心的坐标；默认所有栅格的状态为空；

1.3)根据双目相机的实际摆放位置确定世界坐标系；

2)获取原始数据：利用双目立体相机获取场景图像和视差图；

3)生成三维坐标点：利用场景图像中匹配点的三角关系和视差图，生成三维坐标点，并转换到世界坐标系，只保留位于1.1)中确定的栅格空间之内的三维坐标点；

4)平面投影：

4.1)将过滤后三维坐标点投影到栅格地图所在平面，如果投影后的三维坐标点映射在栅格中心的距离R内，则保留并统计投影次数，否则剔除不统计投影次数；

4.2)统计每个栅格中点的个数N_i；

5)高度统计及高度过滤：