用于估計(jì)移動(dòng)元件相對(duì)于參考方向的角偏差的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于估計(jì)移動(dòng)元件相對(duì)于參考方向的角偏差的方法，并可特別應(yīng)用于 導(dǎo)航場(chǎng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了估計(jì)移動(dòng)元件（例如機(jī)器人）的路線，第一種技術(shù)在于使用它的測(cè)距法，也就 是說使用對(duì)它的移動(dòng)的測(cè)量。為了那個(gè)目的，可使用來自各種板載傳感器的測(cè)量。因此對(duì) 于有輪機(jī)器人，可能使用位于輪子中的旋轉(zhuǎn)編碼器類型的里程表。運(yùn)種技術(shù)的缺點(diǎn)中的一 個(gè)是，它產(chǎn)生隨著時(shí)間的過去而明顯漂移的估計(jì)。
[0003] 存在的第二種技術(shù)在于實(shí)現(xiàn)度量傳感器，例如激光遙測(cè)計(jì)或3D攝像機(jī)，W便得 到一個(gè)人相對(duì)于表示導(dǎo)航環(huán)境的地圖的方向角。依賴于運(yùn)種技術(shù)的方法由首字母縮略詞 SLAM(同時(shí)定位與地圖構(gòu)建）表示，在運(yùn)種情況下地圖同樣在機(jī)器人的導(dǎo)航期間被構(gòu)造和 豐富。運(yùn)個(gè)解決方案具有幾個(gè)缺點(diǎn)。運(yùn)是因?yàn)閷⑦\(yùn)些傳感器集成在機(jī)器人的架構(gòu)內(nèi)是必須 的。運(yùn)設(shè)及高實(shí)現(xiàn)成本并需要相當(dāng)大的計(jì)算能力，W便產(chǎn)生地圖并確定機(jī)器人的位置。
[0004] 存在的第=種技術(shù)基于六軸慣性單元的使用。運(yùn)個(gè)慣性單元通常由=個(gè)巧螺儀和 =個(gè)加速計(jì)構(gòu)成，并可特別提供機(jī)器人的路線。運(yùn)樣的單元同樣受到測(cè)量漂移現(xiàn)象的影響， 否則非常昂貴。運(yùn)種技術(shù)因此并不適合于在具有低實(shí)現(xiàn)成本的機(jī)器人中實(shí)現(xiàn)。 陽(yáng)〇化]因此，看來好像機(jī)器人設(shè)計(jì)者沒有允許他們得到精確的路線估計(jì)同時(shí)最小化實(shí)現(xiàn) 成本的可采用的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的特別是補(bǔ)償前面提到的缺點(diǎn)。
[0007] 為此目的，本發(fā)明的主題是用于估計(jì)移動(dòng)元件相對(duì)于參考方向的角偏差的方法， 該方法包括下面的步驟：獲取代表移動(dòng)元件的參考方向的參考圖像；獲取代表移動(dòng)元件的 當(dāng)前方向的當(dāng)前圖像；識(shí)別在參考圖像中和在當(dāng)前圖像中的興趣點(diǎn)；確定至少兩對(duì)興趣 點(diǎn)，一對(duì)由在當(dāng)前圖像中識(shí)別的興趣點(diǎn)和在參考圖像中的對(duì)應(yīng)于其的興趣點(diǎn)構(gòu)成；通過使 用在前一步驟中識(shí)別的至少兩對(duì)點(diǎn)來確定在移動(dòng)元件的當(dāng)前方向和參考方向之間的角偏 差。
[0008] 用于估計(jì)機(jī)器人相對(duì)于參考方向的角偏差的方法的使用使避免作為測(cè)距法的特 性的估計(jì)誤差變得可能。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，興趣點(diǎn)與對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制矢量的描述符相關(guān)聯(lián)，確定所述 對(duì)的步驟通過W下來實(shí)現(xiàn)：兩個(gè)兩個(gè)地比較運(yùn)些矢量，當(dāng)兩個(gè)興趣點(diǎn)的兩個(gè)矢量被考慮為 相對(duì)于與其它興趣點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的其它候選矢量最接近時(shí)，兩個(gè)興趣點(diǎn)被識(shí)別出。
[0010] 作為示例，沿著相對(duì)于移動(dòng)元件固定的標(biāo)準(zhǔn)正交參考系的=個(gè)軸X、Y、Z確定角偏 差。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括驗(yàn)證角偏差的估計(jì)的質(zhì)量的步驟，當(dāng)匹配的興趣點(diǎn) 的對(duì)的數(shù)量超過預(yù)定義的口限值時(shí)，質(zhì)量被考慮為是足夠的。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，當(dāng)質(zhì)量被考慮為是不足時(shí)，獲取新參考圖像。
[0013] 有利地，運(yùn)個(gè)質(zhì)量控制使當(dāng)移動(dòng)元件移動(dòng)時(shí)保持可靠的角偏差的估計(jì)變得可能。
[0014] 作為示例，根據(jù)興趣點(diǎn)的質(zhì)量來調(diào)整參考圖像的刷新率，根據(jù)正確的興趣點(diǎn)的水 平來估計(jì)所述質(zhì)量，且運(yùn)個(gè)水平一旦低于預(yù)定義的口限值，參考圖像就被更新。
[0015] 作為示例，根據(jù)在當(dāng)前圖像中識(shí)別的興趣點(diǎn)之間的估計(jì)的平均距離來調(diào)整當(dāng)前圖 像的刷新率，當(dāng)興趣點(diǎn)接近彼此時(shí)，刷新率增加。
[0016] 作為示例，參考方向?qū)?yīng)于移動(dòng)元件需要跟隨W便移動(dòng)的目標(biāo)路線，用于控制移 動(dòng)元件的移動(dòng)的命令被確定并應(yīng)用，W便最小化通過該方法估計(jì)的角偏差。
[0017] 作為示例，選擇參考圖像，使得它保持至少部分地在負(fù)責(zé)獲取當(dāng)前圖像的傳感器 的視場(chǎng)中，使得預(yù)定義的最小數(shù)量的興趣點(diǎn)可被匹配。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施例中，相對(duì)于移動(dòng)元件需要跟隨W便移動(dòng)的目標(biāo)路線，最初估計(jì)的角 偏差是a弧度。參考方向于是對(duì)應(yīng)于目標(biāo)路線，其中-a/2弧度的角偏差被加到所述目標(biāo) 路線，用于控制移動(dòng)元件的移動(dòng)的命令被確定并應(yīng)用，使得隨后估計(jì)的角偏差盡可能接近 +曰/2弧度。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，參考圖像由在移動(dòng)元件上并在拍攝的時(shí)刻指向參考方向 的圖像傳感器得到。
[0020] 本發(fā)明的主題也是用于估計(jì)在相對(duì)于導(dǎo)航空間固定的參考點(diǎn)上的移動(dòng)元件的角 位置的方法，該方法包括下列步驟：獲取由覆蓋導(dǎo)航空間的多個(gè)圖像構(gòu)成的全景，全景的一 個(gè)圖像代表離開移動(dòng)元件的方向；通過測(cè)距法估計(jì)移動(dòng)物體的角位置；從全景的圖像選擇 參考圖像，所述圖像對(duì)應(yīng)于在前一步驟中估計(jì)的角位置；精確地估計(jì)移動(dòng)元件的角位置，所 述角位置從通過應(yīng)用用于估計(jì)角偏差的方法而估計(jì)的角漂移推測(cè)出。
[0021] 作為示例，移動(dòng)元件是機(jī)器人。運(yùn)個(gè)機(jī)器人可具有人形類型。
[0022] 可選地，移動(dòng)元件可W是汽車。
[0023] 本發(fā)明的主題也是包括適合于實(shí)現(xiàn)上面所述的方法的單元的人形機(jī)器人。
[0024] 本發(fā)明的主題也是計(jì)算機(jī)程序，其具有用于在程序由數(shù)據(jù)處理模塊執(zhí)行時(shí)執(zhí)行上 面所述的方法的指令。
【附圖說明】
[0025] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將借助于接下來的描述而出現(xiàn)，該描述作為例證被提供 且沒有暗示限制且關(guān)于附圖被編寫，在附圖當(dāng)中：
[00%] 圖1示意性示出用于估計(jì)相對(duì)于參考方向的角偏差的方法的步驟，所述參考方向 與參考圖像相關(guān)聯(lián)，其在描述的其余部分中被稱為參考圖像；
[0027] 圖2提供使用用于估計(jì)角漂移的方法的機(jī)器人的軌跡的控制的技術(shù)示例；
[0028] 圖3提供圖像的示例，其中興趣點(diǎn)被檢測(cè)到；
[0029] 圖4示出一對(duì)匹配的點(diǎn)并說明角偏差可從兩個(gè)圖像被確定的方式；
[0030] 圖5提供可通過應(yīng)用用于識(shí)別一致對(duì)的技術(shù)（例如RANSAC)來得到的結(jié)果的示 例；
[0031] 圖6提供用于估計(jì)移動(dòng)元件的絕對(duì)角位置的方法的簡(jiǎn)化圖示；
[0032] 圖7示意性示出用于估計(jì)絕對(duì)角位置的方法的學(xué)習(xí)階段；
[0033] 圖8示出選擇全景中的參考圖像的方式和機(jī)器人的絕對(duì)角位置可如何被估計(jì)；
[0034] 圖9示出使用絕對(duì)角位置的估計(jì)來控制機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的方式；
[0035] 圖10示出人形機(jī)器人。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 在本描述中，使用在機(jī)器人上且更具體地在人形機(jī)器人上的實(shí)現(xiàn)的示例描述了本 發(fā)明。然而，本發(fā)明可應(yīng)用于任何移動(dòng)元件。特別是，本發(fā)明可應(yīng)用于任何類型的車輛、輪 船或飛機(jī)。
[0037] 本發(fā)明的主題特別是用于估計(jì)機(jī)器人相對(duì)于參考方向的角偏差的方法。運(yùn)個(gè)相對(duì) 角偏差被定義為在估計(jì)的時(shí)刻在所述參考方向和機(jī)器人的方位之間的角度。在估計(jì)的時(shí)刻 的機(jī)器人的方位也被稱為當(dāng)前方向。作為示例，從參考方向順時(shí)針確定運(yùn)個(gè)角度的值。
[0038] 有利地，機(jī)器人的相對(duì)角偏差的估計(jì)可用于精確地控制它的移動(dòng)，特別是W便執(zhí) 行在給定角度下繞著固定點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)或執(zhí)行在給定方向上的直線中的移動(dòng)。而且，該方法允 許對(duì)機(jī)器人的絕對(duì)位置的估計(jì)。
[0039] 圖1示意性示出用于估計(jì)機(jī)器人的方位相對(duì)于參考方向的角偏差的方法的步驟， 所述參考方向與在本描述的其余部分中被稱為參考圖像的圖像相關(guān)聯(lián)。
[0040] 首先，確定（100)被稱為目標(biāo)路線的待達(dá)到的路線值。作為示例，運(yùn)個(gè)目標(biāo)路線值 對(duì)應(yīng)于當(dāng)角偏差在二維坐標(biāo)系中被估計(jì)時(shí)的角度，否則作為示例，對(duì)應(yīng)于當(dāng)角偏差在=維 坐標(biāo)系中被估計(jì)時(shí)對(duì)應(yīng)于締度和經(jīng)度的一組兩個(gè)角度。在一個(gè)實(shí)施例中且在人形機(jī)器人的 情況下，目標(biāo)路線可被選擇為機(jī)器人的方位，所述方位作為示例對(duì)應(yīng)于垂直于機(jī)器人的胸 膛的矢量，其穿過它的中屯、并指向前方。
[0041] 然后獲?。?01)參考圖像?？墒褂脵C(jī)器人上的圖像傳感器來得到參考圖像。運(yùn)個(gè) 參考圖像代表參考方向，相對(duì)于該參考方向的機(jī)器人的相對(duì)角偏差由該方法估計(jì)。在優(yōu)選 實(shí)施例中，當(dāng)圖像傳感器位于參考方向上時(shí)，參考圖像是獲取的圖像。
[0042] 在被稱為當(dāng)前時(shí)刻的給定時(shí)刻按時(shí)地獲取（102)當(dāng)前圖像。作為示例，運(yùn)個(gè)當(dāng)前 圖像對(duì)應(yīng)于在當(dāng)前時(shí)刻從在機(jī)器人上的圖像傳感器獲取的圖像。在人形機(jī)器人的情況下， 運(yùn)個(gè)圖像傳感器可位于頭部上，所述頭部能夠相對(duì)于機(jī)器人的身體是固定或移動(dòng)的。
[0043] 然后在參考圖像中和在當(dāng)前圖像中識(shí)別（103) -組興趣點(diǎn)。 W44] 為了那個(gè)目的，使用用于檢測(cè)興趣點(diǎn)的方法，在本描述的其余部分中由字檢測(cè)器 表示運(yùn)樣的方法。此外，圖像中的點(diǎn)被稱為興趣點(diǎn)（當(dāng)它具有允許它在從不同的拍攝產(chǎn)生 的多個(gè)圖像中被識(shí)別出的特征時(shí)）。實(shí)際上，興趣點(diǎn)對(duì)應(yīng)于由中屯、軸和比例識(shí)別的幾個(gè)像素 的區(qū)域。作為示例，興趣點(diǎn)可對(duì)應(yīng)于具有高對(duì)比度水平并對(duì)應(yīng)于壁楓角的幾個(gè)像素的區(qū)域。
[0045] 當(dāng)興趣點(diǎn)被檢測(cè)器識(shí)別出時(shí)，描述符可與其相關(guān)聯(lián)。描述符是通常W二進(jìn)制形式 表示的興趣點(diǎn)的標(biāo)識(shí)符。描述符特別允許從一個(gè)圖像到另一圖像比較識(shí)別出的興趣點(diǎn)。作 為示例，描述符對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制矢量。