基于图像分析的导航方法、装置、电子设备及存储介质与流程

本发明涉及导航，尤其涉及一种基于图像分析的导航方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、电力勘测机器人是一种用于电力勘测的机器人，其一种应用场景是对地下管廊进行勘测，为地下管廊的升级改造提供依据。相关技术中是在检修机器人上设有惯性导航传感器，利用惯性导航传感器采集的数据为机器人提供导航，并对地下管廊的关键点进行定位和标注。

2、惯性导航系统存在累计误差大的特点，利用惯性导航系统提供导航、关键点定位和标注，随着时间的流逝，误差会变得较大而影响最终的勘测结果。

3、基于此，需要开发设计出一种基于图像分析的导航方法。

技术实现思路

1、本发明实施方式提供了一种基于图像分析的导航方法、装置、电子设备及存储介质，用于解决现有技术中导航误差大的问题。

2、第一方面，本发明实施方式提供了一种基于图像分析的导航方法，包括：

3、获取导航路线；

4、根据位置估计以及第一姿态信息，从第一图像中提取目标特征的特征尺寸以及所述目标特征在所述第一图像中的位置，作为第一特征尺寸以及第一特征位置；

5、将所述第一姿态信息、所述第一特征尺寸、所述第一特征位置、第二姿态信息、第二特征尺寸以及第二特征位置输入到定位模型中，根据第二位置以及所述定位模型输出的相对位置确定第一位置，其中，所述第二特征尺寸以及所述第二特征位置分别为所述目标特征在第二图像中的特征尺寸以及特征位置，所述第二位置为采集所述第二图像时所在的位置；

6、根据所述第二位置以及所述第一位置，从所述导航路线上找到符合行进驱动力约束以及符合行进方向约束的目标点，并根据所述目标点调整行进驱动力和行进方向。

7、在一种可能实现的方式中，所述根据位置估计以及第一姿态信息，从第一图像中提取目标特征的特征尺寸以及所述目标特征在所述第一图像中的位置，作为第一特征尺寸以及第一特征位置，包括：

8、对所述第一图像边缘化处理，获得边缘特征图；

9、计算所述位置估计与所述第二位置的距离，作为第一距离；

10、计算所述第一距离与第二距离的比值，作为距离比，其中，所述距离为采集所述第二图像时所在的位置与采集第三图像时所在的位置之间的距离；

11、根据所述距离比调整目标特征样本的尺寸；

12、根据所述第一姿态信息对调整过尺寸的目标特征样本进行旋转，获得待比对特征样本；

13、通过滑移地从所述边缘特征图中提取图像块与所述待比对特征样本进行相似性比较的方式，找到最相似图像块在所述边缘特征图中的位置，作为所述第一特征位置；

14、逐步地调整所述待比对特征样本尺寸，在每次调整后与所述第一特征位置的图像块进行相似性比较，从多次比较中找到最相似待比对特征样本的尺寸作为所述第一特征尺寸。

15、在一种可能实现的方式中，所述通过滑移地从所述边缘特征图中提取图像块与所述待比对特征样本进行相似性比较的方式，找到最相似图像块在所述边缘特征图中的位置，作为所述第一特征位置，包括：

16、获取并初始化位置索引；

17、按照所述位置索引从所述边缘特征图中提取与所述待比对特征样本同型的图像块，作为待对比图像块；

18、根据第一公式、所述待对比图像块以及所述待比对特征样本，确定相似系数，其中，所述第一公式为：

19、

20、式中，为相似系数，为待对比图像块第行第列的像素值，为待比对特征样本第行第列的像素值，为待比对特征样本的总列数，为待比对特征样本总行数；

21、将所述相似系数加入相似系数队列；

22、若未完成对所述边缘特征图的遍历，则对所述位置索引进行偏移，并跳转至所述按照所述位置索引从所述边缘特征图中提取与所述待比对特征样本同型的图像块，作为待对比图像块的步骤；

23、从所述相似系数队列中选择值最大的相似系数作为目标系数；

24、将所述目标系数所对应的图像块在所述边缘特征图中的位置，作为所述第一特征位置；

25、所述根据所述距离比调整目标特征样本的尺寸，包括：

26、根据第二公式、所述距离比以及所述目标特征在所述第三图像与所述目标特征在所述第二图像中的尺寸比，调整目标特征样本的尺寸，其中，所述第二公式为：

27、

28、式中，为调整后的目标特征样本的尺寸，为距离比，为目标特征在第三图像与目标特征在所述第二图像中的尺寸比，为目标特征样本的尺寸。

29、在一种可能实现的方式中，所述定位模型的构建过程包括：

30、获取多个样本数据集，其中，样本数据集包括：第一姿态信息样本数据、第一特征尺寸样本数据、第一特征位置样本数据、第二姿态信息样本数据、第二特征尺寸样本数据以及第二特征位置样本数据，每个样本数据集对应一个相对位置的标签；

31、从所述多个样本数据集中遍历地提取样本数据集，作为待输入数据集；

32、将所述待输入数据集输入到定位基础模型中，获取所述定位基础模型输出的相对位置估计值；

33、将所述相对位置估计值以及所述待输入数据集输入到损失计算函数中，获得估计损失；

34、若所述估计损失大于损失阈值，则采用梯度下降法由输出端侧的节点向输入侧的节点调整所述定位基础模型的多个参数，并跳转至所述从所述多个样本数据集中遍历地提取样本数据集，作为待输入数据集的步骤；

35、否则，将所述定位基础模型作为所述定位模型。

36、在一种可能实现的方式中，所述定位基础模型为：

37、

38、式中，为相对位置的第维元素，为中间节点的总行数，为第个输出节点的第个权重，为第行第列节点的第个权重，为第行第列中间节点的输出，为第个输入变量，为输入变量的总数量，为中间节点的总列数，为自然常数，为第个输出的偏置，为第行第列节点偏置。

39、在一种可能实现的方式中，所述根据所述第二位置以及所述第一位置，从所述导航路线上找到符合行进驱动力约束以及符合行进方向约束的目标点，并根据所述目标点调整行进驱动力和行进方向，包括：

40、根据所述第二位置以及所述第一位置，确定第一行进距离以及第一行进方向；

41、以所述第一位置为中心，以所述第一行进距离为半径，规划第一圆；

42、从所述导航路线上找到与所述第一圆的多个交点；

43、将从所述第一位置出发到所述多个交点的行进方向，作为多个第一方向；

44、将所述多个第一方向分别与所述行进方向的差，作为多个方向差；

45、根据所述多个方向差，从所述多个交点中查找满足所述行进方向约束的交点；

46、若不存在满足所述行进方向约束的交点，则根据所述行进驱动力约束调整所述第一行进距离，并跳转至所述以所述第一位置为中心，以所述第一行进距离为半径，规划第一圆的步骤；

47、否则，将满足所述行进方向约束的交点作为目标点；

48、根据所述目标点以及所述第一位置，调整行进驱动力和行进方向。

49、在一种可能实现的方式中，所述根据所述目标点以及所述第一位置，调整行进驱动力和行进方向，包括：

50、根据所述目标点、所述第一位置以及到达所述目标点的时间节点，确定目标行进速度以及目标行进方向；

51、根据所述目标行进方向调整行进方向；

52、根据第三公式、所述目标行进速度以及当前行进速度，调整行进驱动力，其中，所述第三公式为：

53、

54、式中，为行进驱动力，为目标行进速度与当前行进速度的差，、以及分别为第一权重、第二权重以及第三权重。

55、第二方面，本发明实施方式提供了一种基于图像分析的导航装置，用于实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述的基于图像分析的导航方法，所述基于图像分析的导航装置包括：

56、导航线路获取模块，用于获取导航路线；

57、图像特征提取模块，用于根据位置估计以及第一姿态信息，从第一图像中提取目标特征的特征尺寸以及所述目标特征在所述第一图像中的位置，作为第一特征尺寸以及第一特征位置；

58、定位模块，用于将所述第一姿态信息、所述第一特征尺寸、所述第一特征位置、第二姿态信息、第二特征尺寸以及第二特征位置输入到定位模型中，根据第二位置以及所述定位模型输出的相对位置确定第一位置，其中，所述第二特征尺寸以及所述第二特征位置分别为所述目标特征在第二图像中的特征尺寸以及特征位置，所述第二位置为采集所述第二图像时所在的位置；

59、以及，

60、导航模块，用于根据所述第二位置以及所述第一位置，从所述导航路线上找到符合行进驱动力约束以及符合行进方向约束的目标点，并根据所述目标点调整行进驱动力和行进方向。

61、第三方面，本发明实施方式提供了一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。

62、第四方面，本发明实施方式提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。

63、本发明实施方式与现有技术相比存在的有益效果是：

64、本发明实施方式公开了的一种基于图像分析的导航方法，其首先获取导航路线；然后根据位置估计以及第一姿态信息，从第一图像中提取目标特征的特征尺寸以及所述目标特征在所述第一图像中的位置，作为第一特征尺寸以及第一特征位置；接着将所述第一姿态信息、所述第一特征尺寸、所述第一特征位置、第二姿态信息、第二特征尺寸以及第二特征位置输入到定位模型中，根据第二位置以及所述定位模型输出的相对位置确定第一位置，其中，所述第二特征尺寸以及所述第二特征位置分别为所述目标特征在第二图像中的特征尺寸以及特征位置，所述第二位置为采集所述第二图像时所在的位置；最后根据所述第二位置以及所述第一位置，从所述导航路线上找到符合行进驱动力约束以及符合行进方向约束的目标点，并根据所述目标点调整行进驱动力和行进方向。本发明实施方式基于前后两幅图像中目标特征尺寸、位置的对比对当前位置进行定位，由于图像特征对应的实体位置固定，基于实体的图像进行定位时，累计误差小，定位精度高。

技术特征：

1.一种基于图像分析的导航方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于图像分析的导航方法，其特征在于，所述根据位置估计以及第一姿态信息，从第一图像中提取目标特征的特征尺寸以及所述目标特征在所述第一图像中的位置，作为第一特征尺寸以及第一特征位置，包括：

3.根据权利要求2所述的基于图像分析的导航方法，其特征在于，所述通过滑移地从所述边缘特征图中提取图像块与所述待比对特征样本进行相似性比较的方式，找到最相似图像块在所述边缘特征图中的位置，作为所述第一特征位置，包括：

4.根据权利要求1所述的基于图像分析的导航方法，其特征在于，所述定位模型的构建过程包括：

5.根据权利要求4所述的基于图像分析的导航方法，其特征在于，所述定位基础模型为：

6.根据权利要求1-5任一项所述的基于图像分析的导航方法，其特征在于，所述根据所述第二位置以及所述第一位置，从所述导航路线上找到符合行进驱动力约束以及符合行进方向约束的目标点，并根据所述目标点调整行进驱动力和行进方向，包括：

7.根据权利要求6所述的基于图像分析的导航方法，其特征在于，所述根据所述目标点以及所述第一位置，调整行进驱动力和行进方向，包括：

8.一种基于图像分析的导航装置，其特征在于，用于实现如权利要求1-7任一项所述的基于图像分析的导航方法，所述基于图像分析的导航装置包括：

9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上的权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上的权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明涉及导航技术领域，尤其涉及一种基于图像分析的导航方法、装置、电子设备及存储介质，本发明方法首先获取导航路线，然后根据位置估计以及第一姿态信息，从第一图像中提取目标特征的特征尺寸以及目标特征在所述第一图像中的位置；接着将第一姿态信息、第一特征尺寸、第一特征位置、第二姿态信息、第二特征尺寸以及第二特征位置输入到定位模型中，根据第二位置以及所述定位模型输出的相对位置确定第一位置；最后根据所述第二位置以及所述第一位置，从所述导航路线上找到目标点，根据目标点调整行进驱动力和行进方向。本发明实施方式基于图像特征定位，由于图像特征对应的实体位置固定，基于实体的图像进行定位时，累计误差小，定位精度高。

技术研发人员：童李,刘俊岭,袁安徽,牛飞鹏,张娜,郜雅琦,王敬,张铎,朱劲雷,马建威,王蒙蒙,骆亚菲,王培,田野,申世越
受保护的技术使用者：邯郸欣和电力建设有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5