[發明專利]協作式同步定位與地圖構建的方法、系統及交互系統

有效

• 申請號: 201711200609.3
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN107818592B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 王行;周曉軍;李驪;盛贊;李朔
• 申請（專利權）人: 北京華捷艾米科技有限公司
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G01C21/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李明

本發明公開了一種協作式同步定位與地圖構建方法、系統及交互系統。方法包括：云端服務器獲取初始場景中的初始全局地圖以及初始全局重建三維模型；接收各移動終端發送的初始場景中的信息及初始化請求，根據初始場景中的信息和初始全局地圖，將與該初始場景中的信息所對應的移動終端初始化；接收各移動終端發送的新的局部關鍵幀，并更新初始全局地圖和初始全局重建三維模型，以獲得擴展全局地圖和擴展全局重建三維模型；根據擴展全局地圖、擴展全局重建三維模型以及新的局部關鍵幀，更新與該局部關鍵幀所對應的移動終端的位姿信息，以完成同步定位與地圖構建。可以實現各移動終端的協同工作，同時系統實時性、穩定性和魯棒性都很強。

技術領域

本發明涉及同步定位與地圖構建技術領域，特別涉及一種協作式同步定位與地圖構建的方法、一種協作式同步定位與地圖構建的系統和一種協作式同步定位與地圖構建的交互系統。

背景技術

目前，同步定位與地圖構建(SLAM，Simultaneous Localization And Mapping)是使移動設備在未知的環境中自動創建地圖，并根據對自身狀態的估計和地圖進行自定位的技術。隨著近幾年機器人、虛擬現實(VR，Virtual Reality)和增強現實(AR，AugmentReality)

的快速發展，SLAM技術也越來越受關注。SLAM技術本身還不是很成熟，其存在算法復雜度高、輸入的傳感器數據融合難度大，系統累積誤差難以消除等等技術難點。所以目前對SLAM技術的研究多以單個設備的SLAM算法為主，對多設備協同工作的SLAM系統研究的很少。

多設備協作SLAM系統是指由若干個移動設備組成，同時在場景中運行，通過協作進行地圖構建和定位，并可以協同完成其他工作的系統。協作式SLAM系統是一項難度很大的課題，但它一定是SLAM技術發展的必然趨勢，對機器人、虛擬現實和增強現實等領域的發展有著重要的意義。

中國專利申請CN 105869136 A公開了“一種基于多攝像機的協作式視覺SLAM方法”，該方法中，首先在初始化系統時假定所有的攝像機觀測相同的初始場景，然后使用KLT跟蹤器對系統中攝像機的每一幀進行特征點的監測和跟蹤，接著通過最小化重投影誤差來計算攝像頭姿態。該方法中每個攝像頭獨立工作，同時使用靜態和動態的點來同步獲取所有攝像機的姿態，對不同攝像機的同一幀的三維位置和跟蹤特征點重新進行三角測量，然后經過分類的動態和靜態的點來估計所有具有視角重疊的攝像機的姿態，將具有視角重疊的攝像機分成同一組并協同工作來進行映射和定位；當攝像機相遇或分離時，攝像機組可以合并和拆分，最終實現攝像機的姿態估計、靜態點的地圖構建及動態點的三維軌跡跟蹤。該方法存在以下不足：一方面該方法在初始化時假定所有的攝像機觀測相同的初始場景，這樣就大大限制了該方法的靈活性，同時使得初始化難度很大；另一方面對不同攝像機的同一幀三維位置和跟蹤特征點重新進行三角測量有兩個問題，一是數據幀的同步很難實現，二是三角測量的算法復雜性較高，系統實時性很難保證；還有該方法的協作僅體現在地圖構建上，設備之間的任務協作無法實現。

中國專利申請CN 105143821 A公開了“依據SLAM地圖的廣域定位”，該方法用一個或多個圖像來初始化本地環境的基于關鍵幀的SLAM地圖；從移動裝置將第一關鍵幀發送到服務器，以及在移動裝置處接收來自服務器的第一全球定位響應；在移動裝置處確定移動裝置在本地環境內的相應定位，服務器可以從移動裝置接收關鍵幀，并且通過使從所述移動裝置接收到的關鍵幀特征與服務器地圖特征匹配來在服務器地圖內定位所述關鍵幀。該方法存在以下不足：一方面是方法中的全球定位所指的廣域地圖的實現方法不明確，同時方法中也指出客戶端可以獨立于服務器的服務器地圖創建SLAM地圖，也會導致不同客戶端的SLAM地圖的坐標系統不統一，進而無法實現在廣域范圍內的定位；另一方面該方法中服務器端只是維護廣域地圖的關鍵幀、特征點、帶有3D位置信息的描述等，并沒有存儲每個客戶端的SLAM信息，也就無法實現客戶端之間的任務協作，同樣僅能實現構建地圖方面的協作。