[發(fā)明專利]一種多傳感器的高精度即時(shí)定位與建圖方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710437709.1
• 申請(qǐng)日: 2017-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN107301654B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王琦;李學(xué)龍;王丞澤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/246
• 分類號(hào): G06T7/246;G06T7/73;G06T17/10
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 常威威

本發(fā)明提供了一種多傳感器的高精度即時(shí)定位與建圖方法，即使用彩色相機(jī)與激光雷達(dá)對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行高精度的實(shí)時(shí)三維構(gòu)建，并實(shí)時(shí)測(cè)算出相機(jī)的位置與姿態(tài)。在快速的視覺SLAM的基礎(chǔ)上，引入激光雷達(dá)的信息，并有選擇的使用激光雷達(dá)信息，及時(shí)進(jìn)行結(jié)果修正，再依靠修正后的結(jié)果構(gòu)建三維地圖，使定位與建圖具有正確的尺度和較高的精度，同時(shí)使算法具有較低的復(fù)雜度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬機(jī)器視覺技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多傳感器的高精度即時(shí)定位與建圖方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)階段機(jī)器人的移動(dòng)大多依靠人工路徑規(guī)劃，機(jī)器人的自主導(dǎo)航能力依賴于即時(shí)定位與建圖技術(shù)(Simultaneous Localization and Mapping，以下簡(jiǎn)稱為SLAM)。其核心任務(wù)是當(dāng)機(jī)器人進(jìn)入未知工作環(huán)境時(shí)，利用傳感器信息，對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行高效率且準(zhǔn)確地構(gòu)建(Mapping)，同時(shí)得到設(shè)備在空間中的位置與姿態(tài)(Localization)。除了可以應(yīng)用在機(jī)器人領(lǐng)域外，虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的空間追蹤以及自動(dòng)駕駛也同樣可以使用SLAM技術(shù)。

SLAM問(wèn)題自提出以來(lái)已經(jīng)過(guò)去了30年，這期間SLAM問(wèn)題所用的傳感器與計(jì)算方法都發(fā)生了巨大的變化。主流的SLAM技術(shù)多采用視覺傳感器，包括單目傳感器、多目傳感器及彩色圖像及深度信息(RGB-D)的傳感器等。近年來(lái)，隨著激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，激光雷達(dá)設(shè)備憑借其對(duì)環(huán)境度量的精準(zhǔn)估計(jì)能力，以及對(duì)于光照變化不敏感等特性讓激光雷達(dá)相關(guān)的SLAM方案在實(shí)際應(yīng)用中有著廣闊的發(fā)展空間。

現(xiàn)階段主流的基于視覺的SLAM方案可根據(jù)優(yōu)化方法分為兩類，一類為使用濾波器的SLAM方法，另一類的是使用圖優(yōu)化的SLAM方法。

使用濾波器的SLAM方案模型構(gòu)建比較簡(jiǎn)單，但誤差會(huì)逐漸累計(jì)不可修復(fù)。Davison等人在文獻(xiàn)“A.Davison,I.Reid,and N.Molton.MonoSLAM:Real-Time SingleCamera SLAM.IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,pp. 1052-1067,2007.”中提出了MonoSLAM方案，即是基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器(簡(jiǎn)稱EKF) 的單目傳感器SLAM方案，通過(guò)在圖像中構(gòu)建路標(biāo)點(diǎn)并使用EKF對(duì)SLAM進(jìn)行模型構(gòu)建而求解。

使用圖優(yōu)化方法的SLAM方案由于要構(gòu)建姿態(tài)圖往往運(yùn)算量比較大。Artal等人在文獻(xiàn)“R.Artal,J.Montiel,and J.Tardos.ORB-SLAM:A Versatile and AccurateMonocular SLAM System.IEEE Transactions on Robotics,vol.31,no.5,pp 1147-1163,2015.”中提出的ORB-SLAM是目前基于圖優(yōu)化方法的單目視覺SLAM方案，ORB-SLAM通過(guò)對(duì)圖像提取ORB特征描述符(一種提取速度極快的特征描述符)，可以達(dá)到很高的速度，并且通過(guò)完善的圖優(yōu)化操作，得到的地圖也具有很高的精確度。

單目視覺傳感器的SLAM算法在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題有：?jiǎn)文恳曈X傳感器難以估計(jì)環(huán)境的規(guī)模，即尺度；環(huán)境的深度是由三角化等數(shù)學(xué)計(jì)算求得，往往帶有誤差；視覺傳感器難以處理光照劇烈，快速移動(dòng)以及缺乏紋理等場(chǎng)景，會(huì)導(dǎo)致姿態(tài)估計(jì)精度下降；為了消除上述誤差，需要引入大規(guī)模優(yōu)化，求解困難且費(fèi)時(shí)。

而單獨(dú)使用其他的傳感器如激光雷達(dá)傳感器會(huì)有計(jì)算緩慢、信息不夠豐富等問(wèn)題，同樣無(wú)法很好的解決SLAM任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種多傳感器的高精度即時(shí)定位與建圖方法，即融合視覺傳感器與激光雷達(dá)數(shù)據(jù)完成高精度即時(shí)定位與建圖的方法。在快速的視覺SLAM基礎(chǔ)上，通過(guò)引入激光雷達(dá)的信息，具有更高的定位與建圖精度，且通過(guò)對(duì)激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有選擇的使用，在保證精確度的情況下，讓算法的復(fù)雜度較低。

一種多傳感器的高精度即時(shí)定位與建圖方法，其特征在于步驟如下：