[发明专利]一种基于惯性和视觉特征的定位装置、方法及机器人

权利要求书

1.一种基于惯性数据和视觉特征的定位装置，该定位装置是一种可移动的视觉定位装置，其特征在于，包括图像采集模块、图像处理模块、惯性数据采集模块和融合定位模块；

图像采集模块的摄像头朝向保持向后并放置在所述定位装置的预设位置中，用于避免在所述定位装置前进过程中被障碍物碰撞，其中所述摄像头的数目至少为一个；

图像处理模块，包括图像预处理子模块和特征匹配子模块，用于处理图像采集模块中采集的图像数据；其中，图像预处理子模块用于将所述摄像头采集的数据转换为灰度图像，特征匹配子模块用于从图像预处理子模块预处理的图像中提取出特征数据与地标数据库中的地标图像相关联特征进行匹配；其中所述数据库为图像处理模块内置的地标数据库，该地标数据库包括给定地标相关联区域的图像特征点；

惯性数据采集处理模块，由一系列惯性数据测量单元组成，实时感应惯性传感器的旋转角度信息，加速度信息及平移速度信息；

融合定位模块，用于根据图像处理模块中的特征匹配结果，对惯性数据采集处理模块采集的惯性数据进行数据融合，再通过数据融合结果修正当前位置信息。

2.根据权利要求1所述定位装置，其特征在于，所述预设位置为所述定位装置顶部表面的中部开口向后的凹入和/或凸出结构处。

3.根据权利要求1所述定位装置，其特征在于，所述预设位置为所述定位装置顶部表面的尾部开口向后的凹入和/或凸出结构处。

4.根据权利要求1所述定位装置，其特征在于，所述摄像头的光学轴与所述定位装置顶部表面形成的角度横跨0—80度。

5.根据权利要求1所述定位装置，其特征在于，所述融合定位模块中，当所述图像处理模块中的特征匹配成功时，根据所述灰度图像特征与实际场景中地标的成像特征几何关系，计算出所述定位装置当前位置坐标，并使用所述惯性数据更新修正；

当所述图像处理模块中的特征匹配失败时，根据所述惯性数据的累积值求出所述惯性传感器与所述摄像头的刚性连接关系，同时结合所述灰度图像特征与地标数据库中的地标图像相关联特征的相对姿态，计算出新的地标并存储记录在所述地标数据库中，完成新路标的创建；

其中，所述惯性传感器到所述摄像头，所述摄像头到所述灰度图像特征或地标图像相关联特征都存在着映射关联，同时特征能够通过所述灰度图像提取获得；所述刚性连接关系是基于所述摄像头采集的相邻两帧图像间所述惯性数据对应的位姿变化建立起来的位置关系。

6.一种基于惯性数据和视觉特征的定位方法，其特征在于，所述定位方法应用于权利要求1至权利要求5任一项所述定位装置，包括如下步骤：

将摄像头针对实际场景中地标采集的图像预处理得到灰度图像，并从灰度图像中提取特征点，生成灰度图像特征，确定特征点的描述子；

将生成的灰度图像特征的描述子与存储在地标数据库中的地标图像相关联特征的描述子进行特征匹配；

判断所述灰度图像特征与地标数据库中的地标图像相关联特征是否匹配，是则根据所述灰度图像特征与实际场景中地标的成像特征几何关系，融合惯性数据，得到当前位置坐标；否则根据所述惯性传感器与所述摄像头的刚性连接关系，结合所述灰度图像特征与地标数据库中的地标图像相关联特征的相对姿态，对所述惯性数据进行融合，计算出新的地标并存储记录在所述地标数据库中，完成新路标的创建；

其中所述惯性数据已经过校准滤波处理，所述刚性连接关系是基于所述摄像头采集的相邻两帧图像间所述惯性数据对应的位姿变化建立起来的位置关系。

7.根据权利要求6所述定位方法，其特征在于，所述特征匹配过程包括：在当前帧图像下，计算所述灰度图像特征的描述子与所述地标数据库的地标图像相关联特征中对应描述子之间的汉明距离；

若所述汉明距离小于预设阈值，则表示采集进来的图像与所述地标数据库中对应的所述地标图像的相关联特征相似度高，视为匹配成功；

其中所述预设阈值对应一个确定的所述相对姿态的数值关系。