本發(fā)明涉及移動機器人技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種環(huán)境三維建圖方法及裝置。

背景技術(shù)：

為了實現(xiàn)智能移動設(shè)備的自主導航及定位，需要實現(xiàn)對于智能移動設(shè)備所處環(huán)境的環(huán)境建圖。

大多數(shù)現(xiàn)有產(chǎn)品通常通過兩種方式實現(xiàn)環(huán)境建圖，第一種為直接利用二維測距傳感器進行環(huán)境建圖，但是這無法得到環(huán)境的三維信息；第二種為用三維激光雷達或者圖像的方法進行環(huán)境建圖，但是這種方法一般都是先提取三維(或者圖像)特征，進行特征匹配，再估算變換矩陣，運算量巨大，無法保證建圖的實時性。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中提供的環(huán)境三維建圖的技術(shù)方案存在運算量大，無法保證建圖實時性的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)境三維建圖方法及裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中提供的環(huán)境三維建圖的技術(shù)方案存在的運算量大且無法保證建圖實時性的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種環(huán)境三維建圖方法，包括：

利用二維測距傳感器對可移動裝置所處的環(huán)境進行遍歷掃描，得到所述可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿；

利用三維測距傳感器采集所述可移動裝置所處環(huán)境的三維環(huán)境信息；

基于所述三維測距傳感器與所述二維測距傳感器的相對位姿、所述可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿及所述三維環(huán)境信息得到三維環(huán)境地圖。

優(yōu)選的，基于所述三維測距傳感器與所述二維測距傳感器的相對位姿、所述可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿及所述三維環(huán)境信息得到三維環(huán)境地圖，包括：

基于所述可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿及所述三維測距傳感器與所述二維測距傳感器的相對位姿確定所述三維測距傳感器在所述可移動裝置所處環(huán)境中的位姿，并將該位姿與對應(yīng)三維環(huán)境信息進行融合，以得到所述三維環(huán)境地圖。

優(yōu)選的，將所述三維測距傳感器在對應(yīng)環(huán)境中的位姿及所述三維環(huán)境信息進行融合之后，還包括：

將進行上述融合之后所得到的信息進行精確配準、閉環(huán)檢測及濾波處理，得到所述三維環(huán)境地圖。

優(yōu)選的，獲取所述三維測距傳感器與所述二維測距傳感器的相對位姿，包括：

利用位姿測量傳感器實時測量所述三維測距傳感器與所述二維測距傳感器之間的相對位姿。

優(yōu)選的，得到所述三維環(huán)境地圖之后，還包括：

將所述三維環(huán)境地圖發(fā)送至指定終端。

一種環(huán)境三維建圖裝置，包括：

二維測距傳感器，用于對可移動裝置所處的環(huán)境進行遍歷掃描，得到所述可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿；

三維測距傳感器，用于采集所述可移動裝置所處環(huán)境的三維環(huán)境信息；

信息處理模塊，用于獲取所述可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿及所述三維環(huán)境信息，并基于所述三維測距傳感器與所述二維測距傳感器的相對位姿、所述可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿及所述三維環(huán)境信息得到三維環(huán)境地圖。

優(yōu)選的，所述信息處理模塊包括：

信息處理單元，用于基于所述可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿及所述三維測距傳感器與所述二維測距傳感器的相對位姿確定所述三維測距傳感器在所述可移動裝置所處環(huán)境中的位姿，并將該位姿與對應(yīng)三維環(huán)境信息進行融合，以得到所述三維環(huán)境地圖。

優(yōu)選的，所述信息處理單元還包括：

信息處理子單元，用于將進行上述融合之后所得到的信息進行精確配準、閉環(huán)檢測及濾波處理，得到所述三維環(huán)境地圖。

優(yōu)選的，還包括：

位姿傳感器，用于實時測量所述三維測距傳感器與所述二維測距傳感器之間的相對位姿，供所述信息處理模塊獲取。

優(yōu)選的，還包括：

推送模塊，用于將所述三維環(huán)境地圖發(fā)送至指定終端。

本發(fā)明提供的一種環(huán)境三維建圖方法及裝置，其中該方法包括：利用二維測距傳感器對可移動裝置所處的環(huán)境進行遍歷掃描，得到所述可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿；利用三維測距傳感器采集所述可移動裝置所處環(huán)境的三維環(huán)境信息；基于所述三維測距傳感器與所述二維測距傳感器的相對位姿、所述可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿及所述三維環(huán)境信息得到三維環(huán)境地圖?？梢?，本申請中利用二維測距傳感器實現(xiàn)可移動裝置的定位，將該定位信息作為三維初始位姿信息，以基于該三維初始位姿信息及三維環(huán)境信息獲取到對應(yīng)的三維環(huán)境地圖，無需像現(xiàn)有技術(shù)中提供的技術(shù)方案進行三維特征提取及特征匹配后最終得到三維環(huán)境地圖，從而大大減少了運算量，提高了建圖實時性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種環(huán)境三維建圖方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種環(huán)境三維建圖裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種環(huán)境三維建圖裝置的具體實現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1，其示出了本發(fā)明實施例提供的一種環(huán)境三維建圖方法的流程圖，可以包括以下步驟：

S11：利用二維測距傳感器對可移動裝置所處的環(huán)境進行遍歷掃描，得到可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿。

本實施例中將可移動裝置的位姿等價于二維測距傳感器的位姿，而利用二維測距傳感器獲取其在所處環(huán)境中的位姿可以利用SLAM技術(shù)實現(xiàn)，具體來說，SLAM技術(shù)解決的問題即為可移動裝置在未知環(huán)境中從一個未知位置開始移動，在移動過程中根據(jù)位置估計和地圖進行自身定位，同時在自身定位的基礎(chǔ)上建造增量式地圖，實現(xiàn)可移動裝置的自主定位和導航。當然也可以根據(jù)實際需要選取其他技術(shù)，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。另外，此處二維測距傳感器包括但不限于激光雷達、聲吶等。

S12：利用三維測距傳感器采集可移動裝置所處環(huán)境的三維環(huán)境信息。

三維測距傳感器可以包括但不限于三維激光雷達、RGBD攝像機、多目(包含雙目)視覺攝像機等，用于實現(xiàn)對移動裝置所處環(huán)境的三維數(shù)據(jù)的采集，即三維環(huán)境信息的采集。

S13：基于三維測距傳感器與二維測距傳感器的相對位姿、可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿及三維環(huán)境信息得到三維環(huán)境地圖。

將三維測距傳感器與二維測距傳感器的相對位姿、可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿及三維環(huán)境信息進行融合，可以得到對應(yīng)的三維環(huán)境地圖，實現(xiàn)環(huán)境三維建圖。

本發(fā)明實施例公開的上述技術(shù)方案中，首先利用二維測距傳感器獲取可移動裝置在所處環(huán)境中的位姿，并利用三維測距傳感器獲取可移動裝置所處環(huán)境的三維環(huán)境信息，進而基于三維測距傳感器與二維測距傳感器的相對位姿、可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿及三維環(huán)境信息得到三維環(huán)境地圖?？梢?，本申請中利用二維測距傳感器實現(xiàn)可移動裝置的定位，將該定位信息作為三維初始位姿信息，以基于該三維初始位姿信息及三維環(huán)境信息獲取到對應(yīng)的三維環(huán)境地圖，無需像現(xiàn)有技術(shù)中提供的技術(shù)方案進行三維特征提取及特征匹配后最終得到三維環(huán)境地圖，從而大大減少了運算量，提高了建圖實時性。

本發(fā)明實施例提供的一種環(huán)境三維建圖方法，基于三維測距傳感器與二維測距傳感器的相對位姿、可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿及三維環(huán)境信息得到三維環(huán)境地圖，可以包括：

基于可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿及三維測距傳感器與二維測距傳感器的相對位姿確定三維測距傳感器在可移動裝置所處環(huán)境中的位姿，并將該位姿與對應(yīng)三維環(huán)境信息進行融合，以得到三維環(huán)境地圖。

基于可移動裝置的位姿及三維測距傳感器及二維測距傳感器的相對位姿可以確定出三維測距傳感器的位姿，如可移動裝置位于墻角，而三維測距傳感器與二維測距傳感器之間的相對位姿具體為三維測距傳感器位于二維測距傳感器之上且距離二維測距傳感器1米，則可知三維測距傳感器的具體位置為位于墻角且高于可移動裝置1米的位置。進而可以基于三維測距傳感器的位姿確定出其采集的三維環(huán)境信息對應(yīng)的位置，如三維測距傳感器的具體位置為位于墻角且高于可移動裝置1米的位置，則其采集到的三維環(huán)境信息則為該位置周圍的環(huán)境信息，將獲取的三維環(huán)境信息體現(xiàn)在地圖上其對應(yīng)的位置，得到三維重構(gòu)數(shù)據(jù)，即三維環(huán)境地圖，實現(xiàn)環(huán)境三維建圖。

另外，將三維測距傳感器在對應(yīng)環(huán)境中的位姿及三維環(huán)境信息進行融合之后，還可以包括：

將進行上述融合之后所得到的信息進行精確配準、閉環(huán)檢測及濾波處理，得到三維環(huán)境地圖。

具體來說，對所得到的信息進行精確配準可以是基于ICP算法通過求相鄰兩幀點云數(shù)據(jù)中的每個點對的歐式距離的最小二乘實現(xiàn)。閉環(huán)檢測可以是基于特征匹配或ICP等算法對進行精確配準后得到的三維環(huán)境地圖進行更新校正，具體做法為：已知里程計的觀測量u，二維測距傳感器的觀測量z，對可移動裝置的位姿及三維環(huán)境地圖進行最大概率估計。濾波處理可以基于高斯濾波、雙邊濾波等是對三維點云不規(guī)則的數(shù)據(jù)進行平滑處理，去除離群點，去掉采樣噪聲等。另外，上述精確配準、閉環(huán)檢測及濾波處理的實現(xiàn)原理與現(xiàn)有技術(shù)中對應(yīng)技術(shù)方案的實現(xiàn)原理一致，在此不再贅述。

通過對上述融合之后的信息進行上述處理，能夠保證得到的三維環(huán)境地圖的完整性，實現(xiàn)了本申請中環(huán)境三維建圖的準確性。當然，為了達到該目的，還可以利用現(xiàn)有技術(shù)中存在的任何對于環(huán)境信息進行處理的方式，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明實施例提供的一種環(huán)境三維建圖方法，獲取三維測距傳感器與二維測距傳感器的相對位姿，可以包括：

利用位姿測量傳感器實時測量三維測距傳感器與二維測距傳感器之間的相對位姿。

需要說明的是，本發(fā)明實施例中三維測距傳感器與二維測距傳感器之間的相對位姿可以固定，也可以不固定，均可以根據(jù)實際需要進行確定。具體來說，當其固定時，僅需在設(shè)置時確定三維測距傳感器與二維測距傳感器的相對位姿即可，可以不涉及位姿測量傳感器對上述相對位姿的測量；而當其不固定時，需要利用位姿測量傳感器實時測量三維測距傳感器與二維測距傳感器之間的相對位姿，其中，利用位姿測量傳感器測量三維測距傳感器與二維測距傳感器之間相對位姿的過程可以是設(shè)計出初始的相對位姿，再通過標定的方法來確定精確的相對位姿，其中通過標定的方法確定精確的相對位姿的過程可以包括：采若干幀不同位姿下三維測距傳感器的數(shù)據(jù)，以及此刻二維測距傳感器的數(shù)據(jù)，將三維測距傳感器的數(shù)據(jù)投影到二維平面，并計算其與二維測距傳感器的數(shù)據(jù)的投影誤差，利用最小二乘法計算使得該投影誤差的平方和最小，該平方和最小的投影誤差即為此刻三維測距傳感器與二維測距傳感器之間精確的相對位姿。對應(yīng)的，將三維測距傳感器的位姿與三維環(huán)境信息進行融合時，不同的三維測距傳感器的位姿對應(yīng)不同的三維環(huán)境信息，因此，上述融合為針對三維測距傳感器的位姿及該位姿對應(yīng)的三維環(huán)境信息進行的融合。另外，本發(fā)明實施例中的位姿測量傳感器包括但不限于編碼器、慣導等，當然還可以根據(jù)實際需要進行其他設(shè)定，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明實施例提供的一種環(huán)境三維建圖方法，得到三維環(huán)境地圖之后，還可以包括：

將三維環(huán)境地圖發(fā)送至指定終端。

其中，指定終端為預先設(shè)定的，可以是與指定工作人員對應(yīng)的終端，由此，指定工作人員可以根據(jù)可移動裝置所處的實際環(huán)境與三維環(huán)境地圖的一致性比對，判斷該三維環(huán)境地圖是否準確，進而對可移動裝置的建圖能力進行測評。

本發(fā)明實施例還提供了一種環(huán)境三維建圖裝置，該裝置可以設(shè)置在可移動裝置上，也可以指可移動裝置，如圖2所示，該裝置可以包括：

二維測距傳感器11，用于對可移動裝置所處的環(huán)境進行遍歷掃描，得到可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿；

三維測距傳感器12，用于采集可移動裝置所處環(huán)境的三維環(huán)境信息；

信息處理模塊13，用于獲取可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿及三維環(huán)境信息，并基于三維測距傳感器與二維測距傳感器的相對位姿、可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿及三維環(huán)境信息得到三維環(huán)境地圖。

本發(fā)明實施例提供的一種環(huán)境三維建圖裝置，信息處理模塊可以包括：

信息處理單元，用于基于可移動裝置在其所處環(huán)境中的位姿及三維測距傳感器與二維測距傳感器的相對位姿確定三維測距傳感器在可移動裝置所處環(huán)境中的位姿，并將該位姿與對應(yīng)三維環(huán)境信息進行融合，以得到三維環(huán)境地圖。

本發(fā)明實施例提供的一種環(huán)境三維建圖裝置，信息處理單元還可以包括：

信息處理子單元，用于將進行上述融合之后所得到的信息進行精確配準、閉環(huán)檢測及濾波處理，得到三維環(huán)境地圖。

本發(fā)明實施例提供的一種環(huán)境三維建圖裝置，還可以包括：

位姿傳感器，用于實時測量三維測距傳感器與二維測距傳感器之間的相對位姿，供信息處理模塊獲取。

本發(fā)明實施例提供的一種環(huán)境三維建圖裝置，還可以包括：

推送模塊，用于將三維環(huán)境地圖發(fā)送至指定終端。

在實際使用中，本發(fā)明實施例中的可移動裝置可以由工作人員手工控制移動，也可以自動控制移動。另外，本發(fā)明實施例提供的環(huán)境三維建圖裝置的一種具體實現(xiàn)方式可以如圖3所示，其中，運動機構(gòu)31(包括但不限于輪子、履帶等)負責整個可移動裝置在環(huán)境中的移動；運動機構(gòu)31的上方為二維測距傳感器32，該二維測距傳感器32中可以包括信息處理模塊；二維測距傳感器32的上方為連接機構(gòu)33，該連接機構(gòu)33用于實現(xiàn)與三維測距傳感器的連接；連接機構(gòu)33的上方為三維測距傳感器及位姿測量傳感器，其中，三維測距傳感器及位姿傳感器均位于連接機構(gòu)33上方，此處用標號34對其進行統(tǒng)一表示，由此，保證可移動裝置可以實現(xiàn)環(huán)境三維構(gòu)圖功能。當然，圖3所示裝置僅僅為本發(fā)明中環(huán)境三維建圖裝置的一種具體實現(xiàn)方式，能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明上述技術(shù)方案的其他實現(xiàn)方式也均在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)，當二維測距傳感器及三維測距傳感器之間的相對位姿固定時，位姿測量傳感器也可以不存在等，在此不做具體限定。

本發(fā)明實施例提供的一種環(huán)境三維建圖裝置中相關(guān)部分的說明請參見本發(fā)明實施例提供的一種環(huán)境三維建圖方法中對應(yīng)部分的詳細說明，在此不再贅述。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。