一种环境三维建图方法及装置与流程

本发明涉及移动机器人技术领域，更具体地说，涉及一种环境三维建图方法及装置。

背景技术：

为了实现智能移动设备的自主导航及定位，需要实现对于智能移动设备所处环境的环境建图。

大多数现有产品通常通过两种方式实现环境建图，第一种为直接利用二维测距传感器进行环境建图，但是这无法得到环境的三维信息；第二种为用三维激光雷达或者图像的方法进行环境建图，但是这种方法一般都是先提取三维(或者图像)特征，进行特征匹配，再估算变换矩阵，运算量巨大，无法保证建图的实时性。

综上所述，现有技术中提供的环境三维建图的技术方案存在运算量大，无法保证建图实时性的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种环境三维建图方法及装置，以解决现有技术中提供的环境三维建图的技术方案存在的运算量大且无法保证建图实时性的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种环境三维建图方法，包括：

利用二维测距传感器对可移动装置所处的环境进行遍历扫描，得到所述可移动装置在其所处环境中的位姿；

利用三维测距传感器采集所述可移动装置所处环境的三维环境信息；

基于所述三维测距传感器与所述二维测距传感器的相对位姿、所述可移动装置在其所处环境中的位姿及所述三维环境信息得到三维环境地图。

优选的，基于所述三维测距传感器与所述二维测距传感器的相对位姿、所述可移动装置在其所处环境中的位姿及所述三维环境信息得到三维环境地图，包括：

基于所述可移动装置在其所处环境中的位姿及所述三维测距传感器与所述二维测距传感器的相对位姿确定所述三维测距传感器在所述可移动装置所处环境中的位姿，并将该位姿与对应三维环境信息进行融合，以得到所述三维环境地图。

优选的，将所述三维测距传感器在对应环境中的位姿及所述三维环境信息进行融合之后，还包括：

将进行上述融合之后所得到的信息进行精确配准、闭环检测及滤波处理，得到所述三维环境地图。

优选的，获取所述三维测距传感器与所述二维测距传感器的相对位姿，包括：

利用位姿测量传感器实时测量所述三维测距传感器与所述二维测距传感器之间的相对位姿。

优选的，得到所述三维环境地图之后，还包括：

将所述三维环境地图发送至指定终端。

一种环境三维建图装置，包括：

二维测距传感器，用于对可移动装置所处的环境进行遍历扫描，得到所述可移动装置在其所处环境中的位姿；

三维测距传感器，用于采集所述可移动装置所处环境的三维环境信息；

信息处理模块，用于获取所述可移动装置在其所处环境中的位姿及所述三维环境信息，并基于所述三维测距传感器与所述二维测距传感器的相对位姿、所述可移动装置在其所处环境中的位姿及所述三维环境信息得到三维环境地图。

优选的，所述信息处理模块包括：

信息处理单元，用于基于所述可移动装置在其所处环境中的位姿及所述三维测距传感器与所述二维测距传感器的相对位姿确定所述三维测距传感器在所述可移动装置所处环境中的位姿，并将该位姿与对应三维环境信息进行融合，以得到所述三维环境地图。

优选的，所述信息处理单元还包括：

信息处理子单元，用于将进行上述融合之后所得到的信息进行精确配准、闭环检测及滤波处理，得到所述三维环境地图。

优选的，还包括：

位姿传感器，用于实时测量所述三维测距传感器与所述二维测距传感器之间的相对位姿，供所述信息处理模块获取。

优选的，还包括：

推送模块，用于将所述三维环境地图发送至指定终端。

本发明提供的一种环境三维建图方法及装置，其中该方法包括：利用二维测距传感器对可移动装置所处的环境进行遍历扫描，得到所述可移动装置在其所处环境中的位姿；利用三维测距传感器采集所述可移动装置所处环境的三维环境信息；基于所述三维测距传感器与所述二维测距传感器的相对位姿、所述可移动装置在其所处环境中的位姿及所述三维环境信息得到三维环境地图。可见，本申请中利用二维测距传感器实现可移动装置的定位，将该定位信息作为三维初始位姿信息，以基于该三维初始位姿信息及三维环境信息获取到对应的三维环境地图，无需像现有技术中提供的技术方案进行三维特征提取及特征匹配后最终得到三维环境地图，从而大大减少了运算量，提高了建图实时性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种环境三维建图方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种环境三维建图装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种环境三维建图装置的具体实现方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，其示出了本发明实施例提供的一种环境三维建图方法的流程图，可以包括以下步骤：

S11：利用二维测距传感器对可移动装置所处的环境进行遍历扫描，得到可移动装置在其所处环境中的位姿。

本实施例中将可移动装置的位姿等价于二维测距传感器的位姿，而利用二维测距传感器获取其在所处环境中的位姿可以利用SLAM技术实现，具体来说，SLAM技术解决的问题即为可移动装置在未知环境中从一个未知位置开始移动，在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位，同时在自身定位的基础上建造增量式地图，实现可移动装置的自主定位和导航。当然也可以根据实际需要选取其他技术，均在本发明的保护范围之内。另外，此处二维测距传感器包括但不限于激光雷达、声呐等。

S12：利用三维测距传感器采集可移动装置所处环境的三维环境信息。

三维测距传感器可以包括但不限于三维激光雷达、RGBD摄像机、多目(包含双目)视觉摄像机等，用于实现对移动装置所处环境的三维数据的采集，即三维环境信息的采集。

S13：基于三维测距传感器与二维测距传感器的相对位姿、可移动装置在其所处环境中的位姿及三维环境信息得到三维环境地图。

将三维测距传感器与二维测距传感器的相对位姿、可移动装置在其所处环境中的位姿及三维环境信息进行融合，可以得到对应的三维环境地图，实现环境三维建图。

本发明实施例公开的上述技术方案中，首先利用二维测距传感器获取可移动装置在所处环境中的位姿，并利用三维测距传感器获取可移动装置所处环境的三维环境信息，进而基于三维测距传感器与二维测距传感器的相对位姿、可移动装置在其所处环境中的位姿及三维环境信息得到三维环境地图。可见，本申请中利用二维测距传感器实现可移动装置的定位，将该定位信息作为三维初始位姿信息，以基于该三维初始位姿信息及三维环境信息获取到对应的三维环境地图，无需像现有技术中提供的技术方案进行三维特征提取及特征匹配后最终得到三维环境地图，从而大大减少了运算量，提高了建图实时性。

本发明实施例提供的一种环境三维建图方法，基于三维测距传感器与二维测距传感器的相对位姿、可移动装置在其所处环境中的位姿及三维环境信息得到三维环境地图，可以包括：

基于可移动装置在其所处环境中的位姿及三维测距传感器与二维测距传感器的相对位姿确定三维测距传感器在可移动装置所处环境中的位姿，并将该位姿与对应三维环境信息进行融合，以得到三维环境地图。

基于可移动装置的位姿及三维测距传感器及二维测距传感器的相对位姿可以确定出三维测距传感器的位姿，如可移动装置位于墙角，而三维测距传感器与二维测距传感器之间的相对位姿具体为三维测距传感器位于二维测距传感器之上且距离二维测距传感器1米，则可知三维测距传感器的具体位置为位于墙角且高于可移动装置1米的位置。进而可以基于三维测距传感器的位姿确定出其采集的三维环境信息对应的位置，如三维测距传感器的具体位置为位于墙角且高于可移动装置1米的位置，则其采集到的三维环境信息则为该位置周围的环境信息，将获取的三维环境信息体现在地图上其对应的位置，得到三维重构数据，即三维环境地图，实现环境三维建图。

另外，将三维测距传感器在对应环境中的位姿及三维环境信息进行融合之后，还可以包括：

将进行上述融合之后所得到的信息进行精确配准、闭环检测及滤波处理，得到三维环境地图。

具体来说，对所得到的信息进行精确配准可以是基于ICP算法通过求相邻两帧点云数据中的每个点对的欧式距离的最小二乘实现。闭环检测可以是基于特征匹配或ICP等算法对进行精确配准后得到的三维环境地图进行更新校正，具体做法为：已知里程计的观测量u，二维测距传感器的观测量z，对可移动装置的位姿及三维环境地图进行最大概率估计。滤波处理可以基于高斯滤波、双边滤波等是对三维点云不规则的数据进行平滑处理，去除离群点，去掉采样噪声等。另外，上述精确配准、闭环检测及滤波处理的实现原理与现有技术中对应技术方案的实现原理一致，在此不再赘述。

通过对上述融合之后的信息进行上述处理，能够保证得到的三维环境地图的完整性，实现了本申请中环境三维建图的准确性。当然，为了达到该目的，还可以利用现有技术中存在的任何对于环境信息进行处理的方式，均在本发明的保护范围之内。本发明实施例提供的一种环境三维建图方法，获取三维测距传感器与二维测距传感器的相对位姿，可以包括：

利用位姿测量传感器实时测量三维测距传感器与二维测距传感器之间的相对位姿。

需要说明的是，本发明实施例中三维测距传感器与二维测距传感器之间的相对位姿可以固定，也可以不固定，均可以根据实际需要进行确定。具体来说，当其固定时，仅需在设置时确定三维测距传感器与二维测距传感器的相对位姿即可，可以不涉及位姿测量传感器对上述相对位姿的测量；而当其不固定时，需要利用位姿测量传感器实时测量三维测距传感器与二维测距传感器之间的相对位姿，其中，利用位姿测量传感器测量三维测距传感器与二维测距传感器之间相对位姿的过程可以是设计出初始的相对位姿，再通过标定的方法来确定精确的相对位姿，其中通过标定的方法确定精确的相对位姿的过程可以包括：采若干帧不同位姿下三维测距传感器的数据，以及此刻二维测距传感器的数据，将三维测距传感器的数据投影到二维平面，并计算其与二维测距传感器的数据的投影误差，利用最小二乘法计算使得该投影误差的平方和最小，该平方和最小的投影误差即为此刻三维测距传感器与二维测距传感器之间精确的相对位姿。对应的，将三维测距传感器的位姿与三维环境信息进行融合时，不同的三维测距传感器的位姿对应不同的三维环境信息，因此，上述融合为针对三维测距传感器的位姿及该位姿对应的三维环境信息进行的融合。另外，本发明实施例中的位姿测量传感器包括但不限于编码器、惯导等，当然还可以根据实际需要进行其他设定，均在本发明的保护范围之内。本发明实施例提供的一种环境三维建图方法，得到三维环境地图之后，还可以包括：

将三维环境地图发送至指定终端。

其中，指定终端为预先设定的，可以是与指定工作人员对应的终端，由此，指定工作人员可以根据可移动装置所处的实际环境与三维环境地图的一致性比对，判断该三维环境地图是否准确，进而对可移动装置的建图能力进行测评。

本发明实施例还提供了一种环境三维建图装置，该装置可以设置在可移动装置上，也可以指可移动装置，如图2所示，该装置可以包括：

二维测距传感器11，用于对可移动装置所处的环境进行遍历扫描，得到可移动装置在其所处环境中的位姿；

三维测距传感器12，用于采集可移动装置所处环境的三维环境信息；

信息处理模块13，用于获取可移动装置在其所处环境中的位姿及三维环境信息，并基于三维测距传感器与二维测距传感器的相对位姿、可移动装置在其所处环境中的位姿及三维环境信息得到三维环境地图。

本发明实施例提供的一种环境三维建图装置，信息处理模块可以包括：

信息处理单元，用于基于可移动装置在其所处环境中的位姿及三维测距传感器与二维测距传感器的相对位姿确定三维测距传感器在可移动装置所处环境中的位姿，并将该位姿与对应三维环境信息进行融合，以得到三维环境地图。

本发明实施例提供的一种环境三维建图装置，信息处理单元还可以包括：

信息处理子单元，用于将进行上述融合之后所得到的信息进行精确配准、闭环检测及滤波处理，得到三维环境地图。

本发明实施例提供的一种环境三维建图装置，还可以包括：

位姿传感器，用于实时测量三维测距传感器与二维测距传感器之间的相对位姿，供信息处理模块获取。

本发明实施例提供的一种环境三维建图装置，还可以包括：

推送模块，用于将三维环境地图发送至指定终端。

在实际使用中，本发明实施例中的可移动装置可以由工作人员手工控制移动，也可以自动控制移动。另外，本发明实施例提供的环境三维建图装置的一种具体实现方式可以如图3所示，其中，运动机构31(包括但不限于轮子、履带等)负责整个可移动装置在环境中的移动；运动机构31的上方为二维测距传感器32，该二维测距传感器32中可以包括信息处理模块；二维测距传感器32的上方为连接机构33，该连接机构33用于实现与三维测距传感器的连接；连接机构33的上方为三维测距传感器及位姿测量传感器，其中，三维测距传感器及位姿传感器均位于连接机构33上方，此处用标号34对其进行统一表示，由此，保证可移动装置可以实现环境三维构图功能。当然，图3所示装置仅仅为本发明中环境三维建图装置的一种具体实现方式，能够实现本发明上述技术方案的其他实现方式也均在本发明保护范围之内，当二维测距传感器及三维测距传感器之间的相对位姿固定时，位姿测量传感器也可以不存在等，在此不做具体限定。

本发明实施例提供的一种环境三维建图装置中相关部分的说明请参见本发明实施例提供的一种环境三维建图方法中对应部分的详细说明，在此不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。