[发明专利]一种基于高精度三维地图的视觉定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于高精度三维地图的视觉定位系统，其特征在于，包括数据采集模块、采集辅助模块、数据处理模块和电源模块；其中：

数据采集模块，包括车载摄像机和GNSS接收机，用于在车辆行驶到待定位位置时，通过车载摄像机采集当前位置的图像数据，并通过GNSS接收机获取相应的GNSS数据；

采集辅助模块，包括网络传输线和GNSS数据传输线，网络传输线用于将采集到的图像数据传输给数据处理模块，GNSS数据传输线用于将GNSS数据传输给数据处理模块；

电源模块，用于为数据采集模块、采集辅助模块和数据处理模块供电；

数据处理模块中存储有包含惯导数据、图像特征数据和三维信息的高精度三维视觉地图；数据处理模块用于将GNSS数据与高精度三维视觉地图中的惯导数据进行匹配，得到初步定位结果；提取当前位置的图像数据中的全局特征，将其与高精度三维视觉地图中初步定位结果范围内的图像特征数据进行匹配，得到图像级定位结果；提取当前位置的图像数据中的局部特征，结合高精度三维视觉地图中图像级定位结果对应的三维信息进行计算，得到当前车辆的位姿，进而对图像级定位结果进行修正得到最终定位结果；

数据处理模块中的高精度三维视觉地图的获取方法为：

在待定位路段上，以等距的方式在每一个采集点，用车载摄像机与惯导导航系统组合载波差分系统采集惯导数据、图像特征数据和三维信息数据制作高精度三维视觉地图，图像特征数据包括全局特征数据和局部特征数据。

2.一种基于高精度三维地图的视觉定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、车辆行驶至待定位位置时，采集当前位置的图像数据，并获取相应的GNSS数据，将GNSS数据与高精度三维视觉地图中的惯导数据进行匹配，得到初步定位结果，初步定位结果包括高精度三维视觉地图中的多个数据采集点；

高精度三维视觉地图的获取方法为：

在待定位路段上，以等距的方式在每一个采集点，用车载摄像机与惯导导航系统组合载波差分系统采集惯导数据、图像特征数据和三维信息数据制作高精度三维视觉地图，图像特征数据包括全局特征数据和局部特征数据；

S2、提取当前位置的图像数据中的全局特征，将其与初步定位结果中多个数据采集点的全局图像特征数据进行匹配，得到距离最近的数据采集点作为图像级定位结果；

S3、提取当前位置的图像数据中的局部特征，与图像级定位结果对应存储在高精度三维视觉地图中的局部特征相匹配，结合匹配到的局部特征点对应的三维信息进行计算，得到当前车辆的位姿，进而对图像级定位结果进行修正得到最终定位结果；

步骤S3中计算最终定位结果的方法具体为：

将当前位置的图像数据重置为标准图像尺寸，其分辨率为m×n像素，提取图像数据中的局部特征，将当前位置图像与图像级定位结果存储在高精度三维视觉地图中的局部特征相匹配，得到多个匹配的局部特征点，并提取匹配到的局部特征点所对应的三维信息；

结合当前位置图像中的局部特征与最匹配的局部特征点对应的三维信息计算车辆在高精度三维视觉地图中的位姿；

根据计算得到的位姿对图像级定位结果进行验证和修正，得到最终定位结果；

根据计算得到的位姿计算车辆当前位置与图像级定位结果对应的采集点之间的距离，结合高精度三维视觉地图数据采集频率，如果该距离大于采集频率的一半，表明得到的图像级定位结果不是距离汽车当前位置最近的采集点，根据计算得到的位姿决定是选择图像级定位结果前一个采集点或后一个采集点作为新的待定位结果，然后验证新的待定位结果是否符合精度要求，如果符合，则确定该采集点为测量级定位结果即最终定位结果；

步骤S1中计算初步定位结果的方法具体为：

将当前位置的GNSS数据转换为欧式坐标，计算当前位置与高精度三维视觉地图中的各个数据采集点之间的欧式距离，其公式为：

D_i＝[||A_n1-B_qi||₂，||A_n2-B_qi||₂，||A_n3-B_qi||₂…]

其中，A_nj＝(x_nj，y_nj)表示高精度三维视觉地图中的各个数据采集点的惯导数据，B_qi＝(x_qi，y_qi)表示当前位置的GNSS数据对应的欧式坐标，x、y为经纬度信息；

结合GNSS信号精度和高精度三维视觉地图的采集频率，选取高精度三维视觉地图中相邻的若干个数据采集点作为初步定位结果。

3.根据权利要求2所述的基于高精度三维地图的视觉定位方法，其特征在于，步骤S2中计算图像级定位结果的方法具体为：

对当前位置的图像数据进行灰度化，将灰度化后的图像重置为标准图像尺寸，其分辨率为N×N像素，并计算当前位置的全局特征；将得到的全局特征与初步定位结果中多个数据采集点对应的图像特征数据进行匹配，计算它们之间的海明距离，其公式为：

其中，E表示当前位置的图像数据的全局特征，F表示初步定位结果中数据采集点对应的图像特征数据；

选取海明距离最短的数据采集点为图像级定位结果。