[發明專利]用于空間地圖構建的空間不變量二次檢測方法和設備

有效

• 申請號: 201110444217.8
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN103186896B
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 徐鵬志
• 申請（專利權）人: 聯想（北京）有限公司
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 安之斐

公開了用于空間地圖構建的空間不變量二次檢測方法和設備。所述方法包括：在通過利用一觀測主體先后以第一位姿和第二位姿對未知空間進行兩次觀測而得到的一組觀測圖像中，獲取已經初步檢測到的n個空間不變量；分別計算兩次觀測中相應空間不變量的距離，其中對于第i個空間不變量，在第一次觀測中與第j個空間不變量的距離為dij，在第二次觀測中與第j個空間不變量的距離為dij’，其中i，j均小于等于n，且j≠i；基于預定投票策略，對特定數量的空間不變量進行投票；以及根據投票結果以及預定判定策略在n個空間不變量之中判定正確的N個空間不變量，從而過濾掉未正確匹配的空間不變量，其中N是自然數且小于或等于n。

技術領域

本發明涉及用于空間地圖構建的空間不變量二次檢測方法和設備以及機器人快速位置估計方法和設備。更具體地說，涉及能夠降低計算量并提高運行速度的空間不變量二次檢測方法和設備以及使用該空間不變量二次檢測方法和設備的機器人快速位置估計方法和設備。

背景技術

三維定位與地圖構建是移動機器人在未知環境中進行運動導航、路徑規劃、物體識別和語義理解的關鍵支撐技術之一。機器人在連續移動過程中，通過匹配在不同觀測位置的三維觀測數據，可以計算出機器人的位置。匹配觀測數據與計算位置信息的核心是準確地找到兩次觀測結果中的空間不變量，進而以空間不變量為基準點計算出兩次觀測點的位置變化量，完成機器人的位置估計。

圖1A、1B示出了基于兩次觀測數據進行位置姿態變化估計的示意圖。在圖1A中，示出了機器人在(0，0，0，0，0，0)位置姿態下的觀測數據。在圖1B中，示出了機器人移動到(x，y，z，roll，pitch，yaw)位置姿態下的觀測數據。其中，圖1A、1B中的6個方框表示從兩次觀測數據中檢測出的6組空間不變量(6組三維點對)。這里需要說明的是，所謂空間不變量是指在觀測主體(即，這里的機器人)以不同位姿進行的兩次觀測中相同的空間點。由于機器人的移動，在兩次觀測中，機器人相對6個空間不變點的位置發生變化，基于變化可計算出(x，y，z，roll，pitch，yaw)的具體數值，從而完成機器人的位置姿態估計。需要指出的是，雖然圖1A、1B中以6組空間不變量作為示例進行描述，但是在理論上，只需要通過3組在空間中不共線的空間不變點，就可求得(x，y，z，roll，pitch，yaw)的具體數值。

由此可見，能夠準確地檢測出兩次觀測數據中的空間不變量(也可稱為特征點)是問題的關鍵。目前已經有很多研究成果能夠較為有效地從二維灰度圖像或三維點云觀測數據中檢測出空間不變量(例如，通過灰度值匹配的方式)，但仍存在較大誤差，會發生錯誤檢測的情況。

圖2A、2B示出了不正確的空間不變量引發位置姿態錯誤估計的示意圖。在圖2A、2B中，由于第4組與第6組空間不變量的不正確匹配，將導致機器人位置姿態的錯誤估計。因此，現有解決方案普遍對已經初步檢測出的空間不變量進行后處理，進行空間不變量的二次檢測，過濾掉錯誤數據。

現有的空間不變量二次檢測使用RANSAC(RANdom SAmpling Consensus)方法。該方法通過多次隨機實驗，來遴選空間不變量。在每次實驗中，隨機選取其中三組空間不變量(A1，A2，A3)，這三組不變量計算出位置姿態信息，并以該位置姿態信息為標準，判斷其他的空間不變量是否正確，將會找到所有與(A1，A2，A3)保持空間不變性質的準確的空間不變量M1＝(A1，A2，A3，A4，...An)，并計算如此獲得的該組空間不變量M1的誤差。經過多次隨機實驗，將得到多組遴選出的空間不變量(M1，M2，M3，...，Mn)。選取其中誤差最小的一組作為最終的過濾掉錯誤數據的空間不變量。

該方法在每次隨機實驗中需要多次計算機器人的位置姿態變化量，計算量大，運行速度慢。另外，當實驗次數較少時，不能找到最佳的空間不變量。

發明內容