CN1637675A - 使用旋转运动量的方法和装置以及计算机可读记录介质 - Google Patents

Abstract

提供了一种使用移动装置的旋转运动量的方法，包括步骤：在移动装置沿着其运动的路径上的两个不同点处获取图像；针对所获取的图像搜索多个匹配点，并获取每个匹配点的图像坐标值；感测移动装置的线性运动，并利用感测结果来获取线性运动量；和利用图像坐标值和线性运动量来获取旋转运动量。

Description

使用旋转运动量的方法和装置以及 计算机可读记录介质

技术领域

本发明涉及移动装置，具体涉及用于获取并使用移动装置的旋转运动量的方法和装置，以及用于存储计算机程序的计算机可读记录介质。

背景技术

通常，为了自动地控制运动对象(此后称作移动装置)，必须实时地获取移动设备的状态。状态意味着有关移动装置的位置和姿势的信息。移动装置自身获取状态的传统方法主要分类为本地跟踪方法和全球定位方法。在例如由J.Borenstein，H.R.Everett和L.Feng所写的题目为“Where am I？Sensors andMethods for Mobile Robot Positioning”的技术报告的第10页上公开了这些方法，该技术报告于1996年4月出版并且是由密歇根大学为Oak Ridge国家实验室D&D程序所准备的。

根据所公开方法中的本地跟踪方法，可以使用测距法来简单地识别状态。但是，这一方法存在对于运动学建模错误和未系统化错误很敏感的问题。为了解决这一问题，已经研究了各种类型的错误建模和补偿方法，并在例如下述文章中进行了公开：在上述技术报告的第132-150页；题目为“Measurementand Correction of Systematic Odometry Errors in Mobile Roberts”的论文(J.Borenstein和L.Feng，机器人技术和自动化IEEE学报，第12卷，第6篇，1996年12月，第869-880页)；以及题目为“Relative Localization using PathOdometry Information”的论文(由Nakju Lett Doh，Howie Choset，和Wan KyunChung向机器人技术和自动化IEEE学报提交的)。这些错误建模和补偿方法仅限于在能够数学地表示出结构错误时使用。

因此，使用线性加速计来估计移动装置的位置，而使用陀螺仪或罗盘来估计运动装置的姿势。在这一情形中，存在用于根据感测到的信号来稳定地估计状态的传统滤波器设计方法。但是，通过积分所感测的结果来估计状态的传统方法不仅具有随着时间的过去由于积累的积分误差导致的姿势识别上的相当大的准确性下降的问题，而且还具有使用昂贵的传感器的问题。

为了解决上述问题，存在一种通过利用视觉系统使用每小时的摄像机图像流来估计移动装置的相对运动的传统方法。但是，尽管通过简单的系统结构来处理这一方法，但是延长了用于处理图像流的计算时间。

发明内容

为了解决上述和/或其它问题，本发明提供了一种通过以下步骤使用移动装置的旋转运动量的方法：根据从感测移动装置的线性运动的结果获取的线性运动量来估计旋转运动量，并使用估计的旋转运动量。

本发明提供了一种通过以下步骤使用移动装置的旋转运动量的装置：根据从感测移动装置的线性运动的结果获取的线性运动量来估计旋转运动量，并使用估计的旋转运动量。

本发明提供了一种计算机可读记录介质，用于存储对使用移动装置的旋转运动量的装置进行控制的计算机程序。

根据本发明的一个方面，提供一种使用移动装置的旋转运动量的方法，包括步骤：在移动装置沿着其运动的路径上的两个不同点处获取图像；针对所获取的图像搜索多个匹配点，并获取所述多个匹配点中的每一个的图像坐标值；感测移动装置的线性运动，并利用感测结果获取线性运动量；和利用图像坐标值和线性运动量获取旋转运动量。

根据本发明的另一个方面，提供一种使用移动装置的旋转运动量的装置，包括：图像获取部分，用于从移动装置沿着其运动的路径上的两个不同点获取图像；坐标值生成部分，用于针对所获取的图像搜索多个匹配点，并对于所述多个匹配点中的每一个生成图像坐标值；感测部分，用于感测移动装置的线性运动；和运动量生成部分，用于根据感测结果生成线性运动量，并从图像坐标值和所述线性运动量生成旋转运动量。

根据本发明的又一个方面，提供一种计算机可读记录介质，用于存储至少一个计算机程序以便控制使用移动装置的旋转运动量的装置，所述计算机程序包括：在移动装置沿着其运动的路径上的两个不同点处获取图像；针对所获取的图像搜索多个匹配点，并生成每个匹配点的图像坐标值；感测移动装置的线性运动，并利用感测结果生成线性运动量；和利用图像坐标值和线性运动量生成旋转运动量。

附图说明

通过结合附图详细描述本发明的优选实施例，本发明的上述和其他特征和优点将变得更加清楚，其中：

图1是用于解释根据本发明实施例的、使用移动装置的旋转运动量的方法的流程图；

图2是用于说明核面几何(Epipolar Geometry)的原理的视图；

图3是用于解释根据本发明另一实施例的、使用移动装置的旋转运动量的方法的流程图；

图4是图解说明根据本发明实施例的、使用移动装置的旋转运动量的装置的方框图；和

图5是图解说明根据本发明另一实施例的、使用移动装置的旋转运动量的装置的方框图。

具体实施方式

参见图1的流程图，根据本发明实施例的、使用移动装置的旋转运动量的方法包括步骤：初始化移动装置(步骤10和12)；获取移动装置的线性运动量和旋转运动量(步骤14、16、18和20)；更新状态(步骤22)；和确定移动装置是否到达目标位置(步骤24)。

详细地，移动装置开始运动(步骤10)。移动装置可以是在3维或2维中运动的装置，例如移动式机器人、人造智能汽车、或无人操纵的航空器。

在步骤10之后，初始化移动装置的状态(步骤12)。移动装置的状态是指有关移动装置的位置和姿势的信息。状态的初始化表示将有关移动装置的位置和姿势的信息设定为例如“0”并将运动起始点设定为原点。在步骤12之后，从移动装置沿着其运动的路径上互不相同的第一和第二个点获取两个图像(步骤14)。

在步骤14之后，查找所获取的两个图像之间的匹配点，并且对于每个匹配点获取和存储图像坐标值(步骤16)。匹配点可以是所需要的最少匹配点。所需要的最少匹配点的数目可以是8或2。而且，根据本发明，为了提取精确的图像坐标而不考虑在图像坐标的提取期间所产生的误差、由于图像噪声引起的误差、以及由于获取图像的摄像机(未示出)的参数引起的误差，可以将匹配点的数目设定为所需要的最少匹配点的数目，即8或2的整数倍。

在步骤16之后，感测移动装置的线性运动并利用感测结果来获取线性运动量(步骤18)。根据移动装置的机械特性，能够以各种形式来获取线性运动量，所述移动装置的机械特性例如是否采用利用轮子运动的移动装置的轮式机构或者移动装置是否是航空器。可以通过例如在此引用作为参考的、标题为“Sensors for Mobile Robots-Theroy and Application”(H.R.Everette，A KPeters，有限公司，1995第35-65页)的书中公开的技术来实现获取线性运动量的各种形式。

根据本发明的一个方面，可以根据感测移动装置的线性运动的结果来直接获取线性移动量。例如，利用加速度传感器来感测移动装置的加速度，并且对感测的加速度两次积分以获取移动装置的线性运动量。

根据本发明的另一个方面，可以从感测移动装置的线性运动的结果来间接获取线性运动量。例如，从移动装置的轮子的旋转速度获取在移动装置的中心处的线运动速度，并且对线性运动速度积分以便计算移动装置的线性运动量。

在步骤18之后，利用存储的图像坐标值和线性运动量来获取旋转运动量(步骤20)。根据本发明，可以利用变换矩阵(R_1，2)通过从等式1获取的旋转运动量来获取移动装置的旋转运动量。变换矩阵是指将表示为Coord.1的向量分量变换为表示为Coord.2的向量分量的矩阵。

$\left[\frac{\stackrel{\‾}{u_{i,1}}}{f_{\mathrm{sx}}}{a}_i\frac{\stackrel{\‾}{v_{i,1}}}{f_{\mathrm{sy}}}\right]\·R_{\mathrm{2,1}}\·{\left[\frac{u_{i,2}}{f_{\mathrm{sx}}}1\frac{v_{i,2}}{f_{\mathrm{sy}}}\right]}^T=0$         [等式1]

这里，i＝1，...，I，I表示所需的最少匹配点的数目，u_i，2和v_i，2表示在步骤16获取的图像坐标值。R_2，1是R_1，2的逆矩阵，并表示正规化矩阵。 $f_{\mathrm{sx}}=\frac{f_1}{s_x}$ 和 $f_{\mathrm{sv}}=\frac{f_2}{s_v}.$ f₁和f₂表示从获取两个图像的两个点的焦距。s_x和s_y表示比例因子。T表示转置矩阵，a₁表示常数。正规化矩阵是指在其中调整了比例从而矩阵的每个列向量的大小为1的矩阵。等式1中的 $\left[\frac{\stackrel{\‾}{u_{i,1}}}{f_{\mathrm{sx}}}{a}_i\frac{\stackrel{\‾}{v_{i,1}}}{f_{\mathrm{sy}}}\right]$ 可以表示为如等式2所示。

$\left[\frac{\stackrel{\‾}{u_{i,1}}}{f_{\mathrm{sx}}}{a}_i\frac{\stackrel{\‾}{v_{i,1}}}{f_{\mathrm{sy}}}\right]=\left[\frac{u_{i,1}}{f_{\mathrm{sx}}}1\frac{v_{i,1}}{f_{\mathrm{sy}}}\right]s{(}^1{t}_{\mathrm{1,2}})$         [等式2]

这里，t_1，2表示线性移动量，¹t_1，2指示被表示为Coord.1的线性移动量。u_i，1和v_i，1表示在步骤16中获取的图像坐标值。s()表示被定义用来表示向量的叉积计算的不对称矩阵。在题目为“Image Processing，Analysis and MachineVision”(Sonka，V.Hlavac and R.Boyle，PWS出版，1999，第462页)的书中公开了从¹t_1，2获取s(¹t_1，2)的处理，该书通过引用并入于此。

在题目为“Introduction to Robotics”(John J.Craig，Addison-Wesley出版公司，1986，第50页)的书中公开了从正规化矩阵(R_2，1)获取旋转运动量的处理，该书通过引用并入于此。

下面参考附图描述获取等式1的处理。

图2是用于解释核面几何的原理的视图。参见图2，等式1以在题目为“Image Processing，Analysis and Machine Vision”(Sonka，V.Hlavac and R.Boyle，PWS出版，1999，第462页)的书中公开的核面几何为基础，该书通过引用并入于此。拍摄空间中的物体28的摄像机(未示出)的焦点位于点38，并且沿方向30设定光轴。当在这种状态中拍摄物体28时，物体28投影在图像平面34上。投影在图像平面34上的物体42的图像坐标(u₁，v₁)与空间中的物体28的坐标[¹p₁＝(X₁，Y₁，Z₁)]具有如等式3所示的关系。这里，ⁱp_j(其中i＝1或i＝2)表示由i坐标系统来看的点p_j的坐标。

$u_1=\frac{f_{\mathrm{sx}}}{Y_1}\·X_1$

$v_1=\frac{f_{\mathrm{sy}}}{Y_1}\·Z_1$                 [等式3]

这里，u₁和v₁中的每一个的单位是像素的数目。

同样，拍摄空间中的物体28的摄像机(未示出)的焦点位于另一个点40，并且沿方向32设定光轴。当在这种状态中拍摄物体28时，物体28投影在另一个图像平面36上。投影在图像平面36上的物体44的图像坐标(u₂，v₂)与空间中的物体28的坐标[²p₁＝(X₂，Y₂，Z₂)]具有如等式4所示的关系。

$u_2=\frac{f_{\mathrm{sx}}}{Y_2}\·X_2$

$v_2=\frac{f_{\mathrm{sy}}}{Y_2}\·Z_2$                 [等式4]

这里，u₂和v₂中的每一个的单位是像素的数目。

就同一物体坐标系统(¹p₁和²p₁)之间的转换关系如等式5所示。

¹P₁＝R_2，1·²P₁+¹t_1，2                         [等式5]

等式5可以表示为等式6。

${[\frac{Y_1}{f_{\mathrm{sx}}}\·u_1{Y}_1\frac{Y_1}{f_{\mathrm{sy}}}\·v_1]}^T=R_{\mathrm{2,1}}\·{[\frac{Y_2}{f_{\mathrm{sx}}}\·u_2{Y}_2\frac{Y_2}{f_{\mathrm{sy}}}\·v_2]}^T+t_{\mathrm{1,2}}$       [等式6]

通常，使用核面几何的自我-运动估计的情况是指利用图像坐标值的线性运动量(t_1，2)和矩阵(R_2，1)的估计。这样，需要使用约束来从等式6中消除关于空间中点P_j的坐标值的项。所述约束是图2的空间中的物体P_j、Epipole以及投影的物体42和44，所有的这些都必须存在于对应于图2中的阴影部分的Epopolar平面46中。这可以由等式7来表示。

¹P₁·[¹t_1，2×(R_2，1·²P₁)]＝0    (·：内积)

¹P₁ ^T·[s(¹t_1，2)×(R_2，1·²P₁)]＝0

$Y_1{Y}_2\left[\frac{u_1}{f_{\mathrm{sx}}}1\frac{v_1}{f_{\mathrm{sy}}}\right]\·s{(}^1{t}_{\mathrm{1,2}})R_{\mathrm{2,1}}\·{\left[\frac{u_2}{f_{\mathrm{sx}}}1\frac{v_2}{f_{\mathrm{sy}}}\right]}^T=0$

$\left[\frac{u_1}{f_{\mathrm{sx}}}1\frac{v_1}{f_{\mathrm{sy}}}\right]\·Q\·{\left[\frac{u_2}{f_{\mathrm{sx}}}1\frac{v_2}{f_{\mathrm{sy}}}\right]}^T=0$             [等式7]

Q是要获取的最终矩阵。由于矩阵Q的大小为3×3，因此确定一个满足等式7的正规化矩阵的等式数目为8。这意味着，在这一实施例中，在空间中必须存在8个或更多个匹配点以便计算矩阵Q。从多个等式获取矩阵Q的各个分量，以确定满足等式7的正规化矩阵。在题目为“Image Processing，Analysis and Machine Vision”(Sonka，V.Hlavac and R.Boyle，PWS出版，1999，第462页)的书中对此进行了公开，该书通过引用并入于此。

在例如题目为“A Robust Technique for Matching Two Uncalibrated Imagesthrough the Recovery of the Unknown Epipolar Geometry(用于通过恢复未知的核面几何来匹配两个未校准图像的稳固技术)”(Z.Zhang，R.Deriche，O.Faugeras，Q.-T.Luong，Artificial Intelligence Journal Vol.78，1995，pp.87-110)的书中对关于空间中的一个点查找在两个图像平面上的匹配点的算法进行了公开，该书通过引用并入于此。

因此，当在等式7中替换了从步骤18获取的移动装置的线性运动量时，在等式8中示出其结果。可以通过从步骤18获取的线性运动量(t_1，2)预先计算向量分量(¹t_1，2).

$\left[\frac{\stackrel{\‾}{u_{\mathrm{1,1}}}}{f_{\mathrm{sx}}}{a}_1\frac{\stackrel{\‾}{v_{\mathrm{1,1}}}}{f_{\mathrm{sy}}}\right]\·R_{\mathrm{2,1}}\·{\left[\frac{u_{\mathrm{1,2}}}{f_{\mathrm{sx}}}1\frac{v_{\mathrm{1,2}}}{f_{\mathrm{sy}}}\right]}^T=0$         [等式8]

这里，由于通过空间中的移动装置的旋转运动量的三个分量确定的矩阵(R_2，1)的大小为3×3，因此从所需的8个最少匹配点获取矩阵。等式8是其中i＝1的情形，其可以用等式1来一般地表示。

当移动装置被限制在2维平面内运动时，仅通过考虑在相对于运动平面垂直的方向上的旋转分量(Yaw)来确定移动装置的旋转运动量。因此，在这一情形中，获取正规化矩阵(R_2，1)所需的最少匹配点的数目可以减少至2。

在步骤20之后，利用线性运动量和旋转运动量来更新移动装置的状态(步骤22)。也就是，将在先获取的移动装置的状态，即关于移动装置的位置Trs’和姿势Rot’的信息，更新为移动装置的新的状态，即关于移动装置的位置Trs和姿势Rot的信息，如等式9所示。

Trs＝Trs′+ΔTrs                      [等式9]

Rot＝Rot′+ΔRot

这里，ΔTrs表示从步骤18获取的线性运动量(t_1，2)，ΔRot表示从步骤20获取的旋转运动量。

在步骤22之后，检查移动装置是否到达目标位置(步骤24)。如果移动装置没有到达目标位置，则处理返回到步骤14。但是，如果移动装置到达了目标位置，则终止图1中所示的利用移动装置的旋转运动量的方法。

根据本发明，图1中所示的利用移动装置的旋转运动量的方法可以选择性地包括步骤10、12、22和24。也就是，图1中所示的方法可以只包括步骤14、16、18和20，而不包括步骤10、12、22和24。可选地，图1中所示的方法可以只包括步骤14、16、18、20和22，而不包括步骤10、12和24。

在图1所示的方法中，可以通过重复地执行步骤14到22直到移动装置到达目标位置，来获取最后更新的状态。通过最后更新的状态可以识别出移动装置的状态。

当执行图1中的步骤16的时间被延迟时，移动装置必须停止或缓慢地运动。因此，需要校正移动装置的状态的误差。下面参考附图来描述满足上述需要的、根据本发明的另一个实施例的使用移动装置的旋转运动量的方法。

图3是用于解释根据本发明另一个实施例的、使用移动装置的旋转运动量的方法的流程图。该方法包括步骤：初始化移动装置(步骤50和52)；当需要校正状态时进行校正(步骤54、56、58、60、62和64)，即更新状态；当不需要校正状态时移动该移动装置(步骤68)；和确定移动装置是否到达目标位置(步骤66)。

由于图3的步骤50和52的功能与图1中的步骤10和12的功能相同，并且图3的步骤56-66的功能与图1中的步骤14-24的功能相同，因此省略这些步骤的详细说明。因此，与图1中所示的方法相比，图3中所示的方法还包括步骤54和68。

在本实施例中，在步骤52之后或确定移动装置没有到达目标位置时，确定是否将要校正移动装置的状态(步骤54)。对此，例如，可以确定移动装置运动的时间是否经过预定时间。用户可以将该预定时设定为校正状态的时间周期。

如果确定将要校正移动装置的状态，则处理转到步骤56。如果确定不需要校正移动装置的状态，则移动装置运动并且处理转到步骤66(步骤68)。

而在图1所示的方法中，移动装置可以在步骤16-22期间运动，在图3中所示的方法中移动装置在步骤58-64期间最好应当保持停止。这是因为最好通过精确反映校正的状态来使移动装置运动。另外，在图1所示的方法中，由两个点形成的路径可以是曲线或直线。但是，在图3所示的方法中，由两个点形成的路径是直线。

下面参考附图描述根据本发明实施例的、使用移动装置的旋转运动量的装置的结构和操作。

图4是图解说明根据本发明的一个实施例的、使用移动装置的旋转运动量的装置的方框图。参见图4，该装置包括图像获取部分100、坐标值生成部分102、感测部分104、运动量生成部分106、状态更新部分108、控制部分110和位置检测部分112。装置起执行图1中所示的方法的作用。

为了执行图1的步骤10，控制部分110生成运动控制信号，并且通过输出端口OUT1输出所生成的运动控制信号。从而，移动装置响应于该运动控制信号而开始运动。

控制部分110和状态更新部分108执行步骤12。即，控制部分110生成状态初始化信号，并且通过状态更新部分108输出所生成的状态初始化信号。状态更新部分108响应于从控制部分110输出的状态初始化信号来初始化状态，即有关移动装置的位置和姿势的信息。

为了执行步骤14，响应于获取由控制部分110生成和输出的控制信号，图像获取部分100获取在移动装置沿着其运动的路径上两个不同点处的图像，并将所获取的图像输出至坐标值生成部分102。例如，当通过获取控制信号认识到将要完成移动装置的初始化时，图像获取部分100获取两个图像。为此，图像获取部分100可以是附接到移动装置的至少一个摄像机(未示出)。当与移动装置一起运动时，摄像机从两个不同的点获取两个图像。

为了执行步骤16，坐标值生成部分102关于所获取的图像查找匹配点，生成每个匹配点的图像坐标值，并将生成的图像坐标值输出至运动量生成部分106。由坐标值生成部分102找到的匹配点对应于所需要的最少匹配点。

感测部分104和运动量生成部分106执行步骤18。感测部分14感测移动装置的线性运动量并将感测结果输出至运动量生成部分106。例如，当移动装置采用一种利用轮子运动的轮式机构时，感测部分104可以是轮式编码器(未示出)。但是，当移动装置是飞行物体时，感测部分104可以是线性加速度计(未示出)。运动量生成部分106从通过感测部分104感测的结果生成线性运动量，并将生成的线性运动量输出至状态更新部分108。

为了执行步骤20，运动量生成部分106从生成的线性运动量以及从坐标值生成部分102输出的图像坐标值生成旋转运动量，并将生成的旋转运动量输出至状态更新部分108。

为了执行步骤22，状态更新部分108从通过运动量生成部分生成的线性运动量和旋转运动量来更新移动装置的状态，并通过输出端口OUT2输出更新的结果。

为了执行步骤24，位置检测部分112响应于更新完成信号来检测移动装置是否到目标位置，并将检测结果输出至图像获取部分100。即，当通过从状态更新部分108输出的更新完成信号认识到状态更新的完成时，位置检测部分112检测移动装置是否到达目标位置。

图像获取部分100响应于由位置检测部分112检测的结果而获取图像(步骤14)。即，当根据从位置检测部分112输出的检测结果认识到移动装置没有到达目标位置时，获取移动装置沿着其运动的路径上两个不同点处的两个图像。

与图1中所示的选择性地采用步骤10、12、22和24的方法相同，图3中所示的装置可以选择性地采用状态更新部分108和位置检测部分112以及限制控制部分110的操作，以便选择性地执行步骤10和12。

图5是图解说明根据本发明的另一个实施例的、使用移动装置的旋转运动量的装置的方框图。图5所示的装置包括图像获取部分150、坐标值生成部分152、感测部分154、运动量生成部分156、状态更新部分158、校正检测部分160、控制部分162和位置检测部分164。

图5所示的装置执行图3所示的方法。由于图5所示的坐标值生成部分152、感测部分154、运动量生成部分156和状态更新部分158与图4所示的坐标值生成部分102、感测部分104、运动量生成部分106和状态更新部分108具有相同的功能，因此省略对他们的详细描述。

为了执行步骤50，控制部分162生成运动控制信号，并且通过输出端口OUT3输出所生成的运动控制信号。从而，移动装置响应于该运动控制信号而开始运动。

控制部分162和状态更新部分158执行步骤52。首先，控制部分162生成状态初始化信号，并且将所生成的状态初始化信号输出至状态更新部分158。状态更新部分158响应于状态初始化信号来初始化状态。

为了执行步骤54，响应于由控制部分162生成的校正控制信号，校正检测部分160检测是否校正移动装置的状态并将检测结果输出至图像获取部分150和控制部分162。例如，当通过校正控制信号认识到移动装置的初始化完成时，校正检测部分160开始检测是否校正移动装置的状态。

为了执行步骤56，响应于检测来自校正检测部分160的输出的结果，图像获取部分150获取图像，并将所获取的图像输出至坐标值生成部分152。即，当根据从校正检测部分160输出的检测结果认识到需要校正状态时，图像获取部分150获取两个图像。

为了执行步骤66，位置检测部分164响应于从状态更新部分158输出的更新完成信号来检测移动装置是否到目标位置，并将检测结果输出至校正检测部分160。即，如果从更新完成信号认识到状态更新已完成时，位置检测部分164检测移动装置是否到达目标位置。

为了执行步骤54，校正检测部分160响应于位置检测部分164的检测结果来检测是否校正了状态。即，如果从位置检测部分164的检测结果认识到移动装置没有到达目标位置，则校正检测部分160检测是否要校正状态。

为了执行步骤68，控制部分162响应于校正检测部分160的检测结果而生成运动控制信号。即，如果从校正检测部分160的检测结果认识到不需要校正状态，则控制部分162生成运动控制信号以使移动装置运动，并通过输出端口OUT3输出运动控制信号。在执行了步骤68之后，控制部分162控制位置检测部分164，使得位置检测部分164执行步骤66。

下面描述用于存储至少一个计算机程序以便控制如上所述利用旋转运动量的装置的计算机可读记录介质。

存储在根据本发明的计算机可读记录介质中的计算机程序执行下述步骤：获取移动物体沿着其运动的路径上两个不同点处的图像；关于所获取的图像查找匹配点，并生成每个匹配点的图像坐标值；通过感测移动装置的线性运动而生成线性运动量；以及利用图像坐标值和线性运动量生成旋转运动量。

计算机程序还可以执行利用线性运动量和旋转运动量更新移动装置的状态的步骤。此外，存储在记录介质中的计算机程序还可以执行确定是否校正移动装置的状态的步骤。在这一情形中，如果确定需要校正移动装置的状态，则处理转到获取图像的步骤。否则，使移动装置运动。

根据本发明的使用移动装置的旋转运动量的方法和装置以及用于存储计算机程序的计算机可读记录介质可以应用于自起动技术，该自起动技术是移动式机器人、环境识别技术的发展、无人操纵的飞行系统、极冷或极热区域的探险设备的核心技术。

如上所述，根据本发明的使用移动装置的旋转运动量的方法和装置以及用于存储计算机程序的计算机可读记录介质，通过包含有感测移动装置的线性运动量的传感器104或154以及获取图像的图像获取部分100或150(例如摄像机)的主要结构来估计移动装置的旋转运动量，以便在本地识别状态。与在其中按照时间通过重复积分而累积误差的传统方法不同，估计旋转运动量时的误差在有界的范围内。特别地，当移动装置在平面上运动时，由于使用核面几何解决方法，与仅使用摄像机的图像相比，要查找的匹配点的数目可以减少1/4，从而减少了计算时间。而且，本发明在开发例如机器人的移动式装置的实时自起动系统中具有较高的可用性。

Claims (23)

1.一种使用移动装置的旋转运动量的方法，包括步骤：

在移动装置沿着其运动的路径上的两个不同点处获取图像；

针对所获取的图像搜索多个匹配点，并获取所述多个匹配点中的每一个的图像坐标值；

感测移动装置的线性运动，并利用感测结果来获取线性运动量；和

利用图像坐标值和线性运动量来获取旋转运动量。

2.如权利要求1所述的方法，还包括利用线性运动量和旋转运动量来更新移动装置的状态。

3.如权利要求2所述的方法，还包括确定是否校正移动装置的状态，其中如果确定需要校正移动装置的状态，则获取图像。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述移动装置从获取图像坐标值时开始运动，直到更新状态。

5.如权利要求3所述的方法，其中所述移动装置从获取图像坐标值时开始停止，直到更新状态。

6.如权利要求2所述的方法，还包括步骤：

开始移动装置的运动；

初始化移动装置的状态，和继续进行以获取图像；和

在更新移动装置的状态之后，确定移动装置是否到达目标位置，如果确定移动装置没有到达目标位置，则继续进行以获取图像。

7.如权利要求3所述的方法，还包括步骤：

开始移动装置的运动；

初始化移动装置的状态，和继续进行以确定是否校正所述状态；和

在更新移动装置的状态之后，确定移动装置是否到达了目标位置，如果确定移动装置没有到达目标位置，则继续进行以确定是否校正所述状态。

8.如权利要求7所述的方法，还包括如果确定不需要校正移动装置的状态，则运动移动装置，并继续进行以确定该移动装置是否到达目标位置。

9.如权利要求1所述的方法，其中两个点之间的间隔设置为较窄。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述多个匹配点的数目是8，该数目是所需要的最少匹配点数目。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述多个匹配点的数目是2，该数目是所需要的最少匹配点数目。

12.如权利要求10所述的方法，其中将所述多个匹配点的数目设定为所需要的最少匹配点数的整数倍。

13.如权利要求3所述的方法，其中由两个点形成的路径是一条直线。

14.如权利要求1所述的方法，其中利用从下面等式获取的变换矩阵(R_1，2)来获取移动装置的旋转运动量

$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{\frac{u_{i,1}}{f_{\mathrm{sx}}}}{a}_i\stackrel{\‾}{\frac{v_{i,1}}{f_{\mathrm{sy}}}}\end{array}\right]\·R_{\mathrm{2,1}}\·{\left[\begin{array}{c}\frac{u_{i,2}}{f_{\mathrm{sx}}}1\frac{v_{i,2}}{f_{\mathrm{sy}}}\end{array}\right]}^T=0$

其中， $\left[\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{\frac{u_{i,1}}{f_{\mathrm{sx}}}}{a}_i\stackrel{\‾}{\frac{v_{i,1}}{f_{\mathrm{sy}}}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\frac{u_{i,1}}{f_{\mathrm{sx}}}1\frac{v_{i,1}}{f_{\mathrm{sy}}}\end{array}\right]s\left(t_{\mathrm{1,2}}^1\right)$ 并且i＝1，...，I，I表示所需要的最少匹配点的数目，t_1，2表示线性运动量，¹t_1，2表示被表达为Coord.1的线性移动量，u_i，2，u_i，1，v_i，1和v_i，2表示图像坐标值，s()表示定义用来表达向量的叉积计算的不对称矩阵，R_2，1是矩阵R_1，2的逆矩阵， $f_{\mathrm{sx}}=\frac{f_1}{s_x},f_{\mathrm{sy}}=\frac{f_2}{s_y},$ f₁和f₂表示两个点的焦距，s_x和s_y表示比例因子，T表示转置矩阵，a₁表示常数。

15.一种使用移动装置的旋转运动量的装置，包括：

图像获取部分，用于在移动装置沿着其运动的路径上的两个不同点处获取图像；

坐标值生成部分，对于所获取的图像搜索多个匹配点，并对于所述多个匹配点中的每一个生成图像坐标值；

感测部分，感测移动装置的线性运动；和

运动量生成部分，根据感测结果生成线性运动量，并利用图像坐标值和线性运动量生成旋转运动量。

16.如权利要求15所述的装置，还包括状态更新部分，其根据由运动量生成部分生成的线性运动量和旋转运动量来更新移动装置的状态，并输出更新的结果。

17.如权利要求16所述的装置，还包括校正检测部分，其检测是否校正移动装置的状态，其中图像获取部分响应于检测结果来获取图像。

18.如权利要求16所述的装置，还包括：

控制部分，其生成运动控制信号、状态初始化信号和获取控制信号；和

位置检测部分，其响应于从状态更新部分接收到的更新结束信号检测移动装置是否到达目标位置，所述更新结束信号指示更新的结束，

其中移动装置响应于运动控制信号而运动，状态更新部分响应于状态初始化信号而初始化状态，图像获取部分响应于获取控制信号和位置检测部件的检测结果而获取图像。

19.如权利要求17所述的装置，还包括：

控制部分，其生成运动控制信号、状态初始化信号和校正控制信号；和

位置检测部分，其响应于从状态更新部分接收到的更新结束信号来检测移动装置是否到达目标位置，所述更新结束信号指示更新的结束，

其中移动装置响应于运动控制信号而运动，状态更新部分响应于状态初始化信号而初始化状态，校正检测部分响应于校正控制信号或由位置检测部件检测的检测结果而检测是否校正状态。

20.如权利要求19所述的装置，其中所述控制部分响应于校正检测部分的检测结果而生成运动控制信号，并控制位置检测部分的检测操作。

21.一种计算机可读记录介质，用于存储至少一个计算机程序以便控制使用移动装置的旋转运动量的装置，所述计算机程序包括：

在移动装置沿着其运动的路径上的两个不同点处获取图像；

针对所获取的图像搜索多个匹配点，并生成所述多个匹配点中的每一个的图像坐标值；

感测移动装置的线性运动，并利用感测结果生成线性运动量；和

利用图像坐标值和线性运动量生成旋转运动量。

22.如权利要求21所述的计算机可读记录介质，其中所述计算机程序还包括利用线性运动量和旋转运动量来更新移动装置的状态。

23.如权利要求22所述的计算机可读记录介质，其中所述计算机程序还包括确定是否校正移动装置的状态，其中如果确定需要校正移动装置的状态，则继续进行以获取图像。

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