[发明专利]一种基于特征分布匹配的智能设备自适应运动控制方法

权利要求书

1.一种基于特征分布匹配的智能设备自适应运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对移动机器人进行初始化；

S2、对采集的初始图像进行预处理后提取初始图像的ORB特征，并获取初始位姿；

S3、启动移动机器人以预设初始速度匀速行进，提取行进过程中实时图像的ORB特征并计算特征分布；

S4、启动SLAM跟踪线程，采用基于特征分布的方法进行帧间ORB特征匹配，记录匹配的ORB特征数量和特征匹配率；其中基于特征分布的帧间ORB特征匹配的方法具体包括：

S41、获取两幅相邻帧图像的所有特征点；

S42、根据第一图像的中心关键点以及计算得到的中心关键区，在第二图像的中心关键区内搜索第一图像的中心关键点的匹配特征点；若搜索到匹配特征点，则执行步骤S43；否则执行步骤S45；

S43、以搜索到的匹配特征点的坐标，计算在第二图像中进行全图搜索匹配时解算匹配特征点相对位置的起点；

S44、遍历第二图像中所有的可能出现匹配特征点的位置，并搜索该位置设定区域范围内的匹配特征点，保存搜索到的所有匹配特征点；

S45、扩大第二图像的中心关键区的搜索范围，在扩大后的区域内搜索第一图像的中心关键点的匹配特征点；若搜索到匹配特征点，则执行步骤S43；否则采用暴力匹配方式进行帧间ORB特征匹配；

所述特征匹配率的计算公式为：

其中，ρ表示特征匹配率，Υ_n表示第n帧提取的特征数，Υ_n-1表示第n-1帧提取的特征数，Υ_n∩Υ_n-1表示第n帧和第n-1帧之间匹配的ORB特征数；

S5、获取移动机器人当前行进速度，判断移动机器人是否处于正常行进状态；若是，则保持当前行进速度继续行进；否则执行步骤S6；

S6、根据匹配ORB特征数判断SLAM跟踪是否失败；若是，则执行步骤S7；否则调整移动机器人行进速度继续行进，具体包括以下分步骤：

S61、判断当前帧与上一帧匹配ORB特征数是否小于第一阈值；若是，则执行步骤S7；否则执行步骤S62；

S62、判断当前帧与上一帧匹配ORB特征数是否大于第二阈值；若是，则执行步骤S63；否则保持当前行进速度继续行进；

S63、判断是否为连续第一数量的帧间匹配ORB特征数大于第二阈值；若是，则执行步骤S64；否则保持当前行进速度继续行进；

S64、调整移动机器人行进速度，以调整后的行进速度继续行进；

S65、判断是否为连续第二数量的帧间匹配ORB特征数大于第二阈值；若是，则执行步骤S66；否则保持当前第二阈值不变；

S66、计算当前帧之前的第二数量个帧的特征匹配率均值，判断当前帧的特征匹配率是否大于计算的特征匹配率均值；若是，则调整匹配ORB特征数的第二阈值；否则保持当前第二阈值不变；

所述调整移动机器人行进速度的调节公式为：

V_new＝a+b*log₁₀Υ

其中，V_new表示调整后的移动机器人行进速度，a、b为常数，Υ表示当前帧与上一帧之间匹配的ORB特征数；

S7、查询SLAM跟踪线程状态，判断当前SLAM跟踪线程是否丢失；若是，则将移动机器人回退并执行步骤S8；否则调整移动机器人行进速度继续行进；

S8、对移动机器人进行重定位；若重定位成功，则重置移动机器人行进速度继续行进；否则移动机器人停止行进，具体包括以下分步骤：

S81、在回退过程中进行重定位并记录重定位次数，实时判断重定位是否成功；若是，则停止回退，并将移动机器人的行进速度和匹配ORB特征数的最小阈值进行重置，然后以预设初始速度匀速行进；否则执行步骤S82；

S82、若回退至上一个关键帧位姿后依然没有重定位成功，则在该关键帧处停止回退，并以移动机器人正前方作为主方向，在主方向设定偏航角范围内旋转移动机器人，对移动机器人进行辅助重定位；

S83、判断辅助重定位是否成功；若是，则停止回退，并将移动机器人的行进速度和匹配ORB特征数的最小阈值进行重置，然后以预设初始速度匀速行进；否则从关键帧数据库读取上一个关键帧位姿，计算当前帧位姿和上一关键帧位姿之间的位姿变换矩阵，将移动机器人回退至上一个关键帧位姿；

S84、判断重定位次数是否达到设定次数阈值；若是，则移动机器人停止行进，并输出跟踪丢失；否则返回步骤S81。