[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

说明书

本发明公开了一种基于高精度三维地图的视觉定位系统及方法，该系统包括：数据采集模块，用于采集当前位置的图像数据和GNSS数据；采集辅助模块，用于数据传输；电源模块，用于为系统模块供电；数据处理模块，用于存储视觉地图信息，处理所采集的GNSS数据和图像数据，包括GNSS数据匹配，特征点提取与匹配，最终实现定位功能。该方法以高精度三维地图为基础，首先进行GNSS信息匹配的初步定位，其次进行全局特征匹配的图像级定位，最后通过三维局部特征匹配的测量级定位计算得到地图中距离最近的点以及车辆在地图中的位姿，从而实现车辆定位。本发明在不需要大幅增加硬件成本的基础上，提高了车辆定位的精度，降低了定位成本。

技术领域

本发明涉及智能交通系统领域，尤其涉及一种基于高精度三维地图的视觉定位系统及方法。

背景技术

高精度车辆定位是实现自动驾驶的基础。传统定位是全球卫星导航系统(GNSS)，但该系统定位精度在10m左右，难以达到无人车高精度定位的要求，使得高速行驶的无人车存在着安全隐患。若要提高定位精度，目前能够达到高精度定位的系统大多成本高昂，比如使用惯性导航系统(INS)与GNSS组合导航系统定位能达到20cm左右的定位精度，但惯性导航系统成本大概在20万元以上，远高于现在受众最普遍的汽车成本。

为了使定位导航精度达到亚米级，国内外学者各有研究。目前美国谷歌公司主要通过GPS与激光雷达、声纳等传感器数据融合的定位方法来实现无人车的导航定位，德国已经实现了利用周围分布的WIFI信号匹配实现高精度定位，国内邓中亮提出的“羲和”系统可以解决GNSS定位信号定位精度问题从而实现亚米级定位。然而，以上的高精度定位方法要么或单个成本高昂，要么或需要政府投入大量财政进行基础公共设备。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中高精度的惯导定位系统成本高，而普通的GNSS定位系统定位精度较低的缺陷，提供一种基于高精度三维地图的视觉定位系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于高精度三维地图的视觉定位系统，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。

进一步地，本发明的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。

本发明提供一种基于高精度三维地图的视觉定位方法，该方法包括以下步骤：