基于图像配准的定位装置和方法与流程

1.本公开涉及导航定位技术领域，尤其涉及一种基于图像配准的定位方法和装置。


背景技术：

2.随着移动机器人、无人机、挖机以及自动导引运输车等载体设备的广泛应用，导航定位的可靠性是机器人、挖机等载体设备开展各项作业任务的前提和保障，如何对这类载体在平面中进行准确定位是一项迫切的需求。
3.在某些特殊环境中，如隧道、涵洞等环境复杂，并且可能会对卫星等信号的屏蔽，很难通过卫星导航等手段进行导航定位。
4.因此，有必要提供一种新的技术方案改善上述方案中存在的一个或者多个问题。
5.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

6.本公开的目的在于提供一种基于图像配准的定位装置和方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
7.根据本公开实施例的第一方面，提供一种基于图像配准的定位装置，该装置包括：
8.图像采集单元，用于采集载体开始移动时和移动过程中各位置处的采样图像，并对各位置处的所述采样图像进行分割后提取样本图像；
9.数据处理单元，用于提取各位置处的所述采样图像和各位置处的所述采样图像的样本图像；
10.所述数据处理单元还用于通过将相邻的前一位置处的样本图像与后一位置处的采样图像进行配准对比计算，获得后一位置处的定位信息，从而在所述载体移动过程中对其进行定位；
11.其中，所述图像采集单元和所述数据处理单元均安装于所述载体上。
12.本公开的实施例中，所述数据处理单元还用于通过将相邻的前一位置处的样本图像与后一位置处的采样图像进行配准对比计算，获得后一位置处的定位信息，从而在所述载体移动过程中对其进行定位的方法，包括：
13.所述数据处理单元通过将相邻的前一位置处的样本图像与后一位置处的采样图像进行配准对比计算，获取配准几何参数；
14.所述数据处理单元根据所述配准几何参数通过航位推算的方式，获得后一位置处的定位信息。
15.本公开的实施例中，所述配准几何参数包括以像素为单位的水平位移和旋转角度。
16.本公开的实施例中，所述数据处理单元根据所述配准几何参数通过航位推算的方式，获得后一位置处的定位信息之前，还包括：
17.所述数据处理单元根据预设的比例关系，将以像素为单位的所述水平位移换算为实际的位移。
18.本公开的实施例中，所述图像采集单元中设置有存储单元，用于存储所述采样图像和所述样本图像。
19.本公开的实施例中，所述图像采集单元用于实时采集所述载体移动过程中各位置处的采样图像。
20.本公开的实施例中，所述图像采集单元用于每间隔预设时间采集载体移动过程中各位置处的采样图像。
21.本公开的实施例中，所述预设时间的设定与所述图像采集单元的焦距相关。
22.本公开的实施例中，所述图像采集单元上设置有补光单元或所述图像采集单元为红外图像采集单元。
23.根据本公开实施例的第二方面，提供一种基于图像配准的定位方法，使用上述任一实施例所述基于图像配准的定位装置，该方法包括：
24.采集载体开始移动时和移动过程中各位置处的采样图像，并对各位置处的所述采样图像进行分割后提取样本图像；
25.提取各位置处的所述采样图像和各位置处的所述采样图像的样本图像；
26.通过将相邻的前一位置处的样本图像与后一位置处的采样图像进行配准对比计算，获得后一位置处的定位信息，从而在所述载体移动过程中对其进行定位。
27.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
28.本公开的一种实施例中，通过上述基于图像配准的定位装置和方法，通过图像配准算法计算两帧相邻图像之间的位移信息，再通过递推计算，从一个已知点逐步计算出其后每一帧图像所对应的载体的位置，实现对载体的定位且定位精度较高。
29.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
30.图1示意性示出本公开示例性实施例中基于图像配准的定位装置结构示意图；
31.图2示意性示出本公开示例性实施例中基于图像配准的定位方法流程示意图。
32.图示：101、图像采集单元；102、数据处理单元；103、载体。
具体实施方式
33.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
34.此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处
理器装置和 /或微控制器装置中实现这些功能实体。
35.在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
36.本示例实施方式中首先提供了一种基于图像配准的定位装置，参考图 1中所示，该装置可以包括：图像采集单元101和数据处理单元102；所述图像采集单元101用于采集载体103开始移动时和移动过程中各位置处的采样图像，并对各位置处的所述采样图像进行分割后提取样本图像；所述数据处理单元102，用于提取各位置处的所述采样图像和各位置处的所述采样图像的样本图像；所述数据处理单元102还用于通过将相邻的前一位置处的样本图像与后一位置处的采样图像进行配准对比计算，获得后一位置处的定位信息，从而在所述载体103移动过程中对其进行定位；其中，所述图像采集单元101和所述数据处理单元102均安装于所述载体103上。
37.上述基于图像配准的定位装置，通过图像配准算法计算两帧相邻图像之间的位移信息，再通过递推计算，从一个已知点逐步计算出其后每一帧图像所对应的载体103的位置，实现对载体103的定位且定位精度较高。
38.具体的，在载体103开始移动时，定位装置开始采集载体103在第一位置处的采样图像，该采样图像具体可以是地面的，如果载体103是在隧道中移动，该采样图像也可以是顶面的，值得注意的是，在一开始时采集的是地面图像，则在后期采集时也必须是地面图像。载体103移动后采集下一位置处的采样图像，并对前一位置处的采样图像进行分割，具体可以分割为3
×
3个图像块，并将最中间的图像块作为样本图像与下一位置处的采样图像进行配准对比计算，来获得后一位置处的定位信息。依次类推，在载体103移动的整个过程中持续采集各位置处的图像信息，并且后一采样图像能够通过和前一采样图像的样本图像进行配准对比计算来得到后一位置的定位信息，由此可以对载体103的整个移动过程中进行定位。
39.下面，将参考图1对本示例实施方式中的上述基于图像配准的定位装置的各个部分进行更详细的说明。
40.在一个实施例中，所述数据处理单元102还用于通过将相邻的前一位置处的样本图像与后一位置处的采样图像进行配准对比计算，获得后一位置处的定位信息，从而在所述载体103移动过程中对其进行定位的方法，包括：
41.所述数据处理单元102通过将相邻的前一位置处的样本图像与后一位置处的采样图像进行配准对比计算，获取配准几何参数；
42.所述数据处理单元102根据所述配准几何参数通过航位推算的方式，获得后一位置处的定位信息。
43.具体的，在对载体103进行定位时，首先数据处理单元102通过将相邻的前一位置处的样本图像与后一位置处的采样图像进行配准对比计算，获取配准几何参数，然后根据配准几何参数通过航位推算的方式获得位移后的定位信息。
44.在一个实施例中，所述配准几何参数包括以像素为单位的水平位移和旋转角度。具体的，水平位移即为后一位置处的采样图像相对前一样本图像的水平移动的以像素为单位的位移，旋转角度为后一位置处的采样图像相对前一样本图像的旋转的角度，通过水平
位移可以知道载体103移动的距离，通过旋转角度可一知道载体103移动的方向。
45.在一个实施例中，所述数据处理单元102根据所述配准几何参数通过航位推算的方式，获得后一位置处的定位信息之前，还可以包括：
46.所述数据处理单元102根据预设的比例关系，将以像素为单位的所述水平位移换算为实际的位移。具体的，由于水平位移是以像素为单位的水平位移，因此，为了更加直观的了解载体103移动后的位置，可以将水平位移换算为实际的位移，即米或者厘米。
47.在一个实施例中，所述图像采集单元101中设置有存储单元，用于存储所述采样图像和所述样本图像。具体的，通过在图像采集单元101中设置有存储单元，可以用来存储采样图像和样本图像，并且存储的采样图像和样本图像还可以导出后通过计算来获得载体103的移动轨迹。
48.在一个实施例中，所述图像采集单元101用于实时采集所述载体103 移动过程中各位置处的采样图像。具体的，所述图像采集单元101在载体 103移动过程中可以实时采集各位置处的采样图像。
49.在一个实施例中，所述图像采集单元101用于每间隔预设时间采集载体103移动过程中各位置处的采样图像。具体的，所述图像采集单元101 在载体103移动过程中可以以预设时间间隔采集各位置处的采样图像，预设时间可以是开发人员预先开发设置的，也可以是使用人员根据情况自行设定的。
50.在一个实施例中，所述预设时间的设定与所述图像采集单元101的焦距相关。具体的，预设时间的设定应当与图像采集单元101的焦距有关，即当图像采集单元101采集的图像包含的实景范围较大时，预设时间可以长一点，当图像采集单元101采集的图像包含的实景范围较小时，则预设时间需要短一点，具体的选择应当为保证上一采样图像的样本图像任然出现在下一采样图像中。
51.在一个实施例中，所述图像采集单元101上设置有补光单元或所述图像采集单元101为红外图像采集单元101。具体的，为保证图像采集单元 101在漆黑的环境中也可以清晰采样，可以在图像采集单元101上设置补光单元(图未示)或者采用红外图像采集单元101进行图像采集。
52.根据本公开实施例的第二方面，参考图2中所示，提供一种基于图像配准的定位方法，使用上述任一实施例所述基于图像配准的定位装置，该方法包括：
53.步骤s101：采集载体103开始移动时和移动过程中各位置处的采样图像，并对各位置处的所述采样图像进行分割后提取样本图像；
54.步骤s102：提取各位置处的所述采样图像和各位置处的所述采样图像的样本图像；
55.步骤s103：通过将相邻的前一位置处的样本图像与后一位置处的采样图像进行配准对比计算，获得后一位置处的定位信息，从而在所述载体103 移动过程中对其进行定位。
56.上述基于图像配准的定位方法，通过图像配准算法计算两帧相邻图像之间的位移信息，再通过递推计算，从一个已知点逐步计算出其后每一帧图像所对应的载体103的位置，实现对载体103的定位且定位精度较高。
57.关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
58.应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的装置的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。作为模块或单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现木公开方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
59.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
60.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
61.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

技术特征：
1.一种基于图像配准的定位装置，其特征在于，包括：图像采集单元，用于采集载体开始移动时和移动过程中各位置处的采样图像，并对各位置处的所述采样图像进行分割后提取样本图像；数据处理单元，用于提取各位置处的所述采样图像和各位置处的所述采样图像的样本图像；所述数据处理单元还用于通过将相邻的前一位置处的样本图像与后一位置处的采样图像进行配准对比计算，获得后一位置处的定位信息，从而在所述载体移动过程中对其进行定位；其中，所述图像采集单元和所述数据处理单元均安装于所述载体上。2.根据权利要求1所述基于图像配准的定位装置，其特征在于，所述数据处理单元还用于通过将相邻的前一位置处的样本图像与后一位置处的采样图像进行配准对比计算，获得后一位置处的定位信息，从而在所述载体移动过程中对其进行定位的方法，包括：所述数据处理单元通过将相邻的前一位置处的样本图像与后一位置处的采样图像进行配准对比计算，获取配准几何参数；所述数据处理单元根据所述配准几何参数通过航位推算的方式，获得后一位置处的定位信息。3.根据权利要求2所述基于图像配准的定位装置，其特征在于，所述配准几何参数包括以像素为单位的水平位移和旋转角度。4.根据权利要求3所述基于图像配准的定位装置，其特征在于，所述数据处理单元根据所述配准几何参数通过航位推算的方式，获得后一位置处的定位信息之前，还包括：所述数据处理单元根据预设的比例关系，将以像素为单位的所述水平位移换算为实际的位移。5.根据权利要求1所述基于图像配准的定位装置，其特征在于，所述图像采集单元中设置有存储单元，用于存储所述采样图像和所述样本图像。6.根据权利要求1所述基于图像配准的定位装置，其特征在于，所述图像采集单元用于实时采集所述载体移动过程中各位置处的采样图像。7.根据权利要求1所述基于图像配准的定位装置，其特征在于，所述图像采集单元用于每间隔预设时间采集载体移动过程中各位置处的采样图像。8.根据权利要求7所述基于图像配准的定位装置，其特征在于，所述预设时间的设定与所述图像采集单元的焦距相关。9.根据权利要求1所述基于图像配准的定位装置，其特征在于，所述图像采集单元上设置有补光单元或所述图像采集单元为红外图像采集单元。10.一种基于图像配准的定位方法，使用权利要求1～9任一项所述基于图像配准的定位装置，其特征在于，包括：采集载体开始移动时和移动过程中各位置处的采样图像，并对各位置处的所述采样图像进行分割后提取样本图像；提取各位置处的所述采样图像和各位置处的所述采样图像的样本图像；通过将相邻的前一位置处的样本图像与后一位置处的采样图像进行配准对比计算，获得后一位置处的定位信息，从而在所述载体移动过程中对其进行定位。

技术总结
本公开是关于一种基于图像配准的定位装置和方法。该装置包括：图像采集单元，用于采集载体开始移动和移动过程中各位置处的采样图像，并对各位置处的所述采样图像进行分割后提取样本图像；数据处理单元，用于提取各位置处的所述采样图像和各位置处的所述采样图像的样本图像；所述数据处理单元还用于通过将相邻的前一位置处的样本图像与后一位置处的采样图像进行配准对比计算，获得后一位置处的定位信息，从而在所述载体移动过程中对其进行定位；其中，所述图像采集单元和所述数据处理单元均安装于所述载体上。元均安装于所述载体上。元均安装于所述载体上。


技术研发人员：曹建章 王立波 屈红星
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所
技术研发日：2021.12.29
技术公布日：2023/7/13