[發(fā)明專利]多傳感器集成室內(nèi)外移動(dòng)測(cè)繪裝置及自動(dòng)三維建模方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711239670.9
• 申請(qǐng)日: 2017-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN108051837A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柳景斌;吳騰;陳首彬;殷德雨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S19/45
• 分類號(hào): G01S19/45;G01S19/47;G01S17/02;G01C21/00;G01C21/16;G01C11/00;G06T17/00
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

1.一種多傳感器集成室內(nèi)外移動(dòng)測(cè)繪裝置，包括多種傳感器和移動(dòng)測(cè)繪硬件平臺(tái)裝置，其特征在于：所述多種傳感器集成在所述移動(dòng)測(cè)繪硬件平臺(tái)裝置上，所述移動(dòng)測(cè)繪硬件平臺(tái)裝置能夠自由移動(dòng)，用于進(jìn)行室內(nèi)外導(dǎo)航定位和三維空間環(huán)境移動(dòng)測(cè)繪；這些傳感器的相對(duì)位置和姿態(tài)以及移動(dòng)測(cè)繪硬件平臺(tái)裝置的絕對(duì)位置能夠自主確定，不同傳感器的數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行融合處理；利用傳感器的相對(duì)位置和姿態(tài)信息以及移動(dòng)測(cè)繪硬件平臺(tái)裝置的絕對(duì)位置確定所有傳感器及其數(shù)據(jù)在三維空間的幾何信息，實(shí)現(xiàn)三維空間模型的自動(dòng)重建。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多傳感器集成室內(nèi)外移動(dòng)測(cè)繪裝置，其特征在于：所述多種傳感器包括GNSS接收機(jī)、慣性測(cè)量單元IMU、激光雷達(dá)掃描儀LiDAR、光學(xué)相機(jī)、RGB-D深度相機(jī)、視頻攝像機(jī)、熱成像相機(jī)、高光譜相機(jī)、多光譜相機(jī)；所述移動(dòng)測(cè)繪裝置包括上述一種或多種傳感器的組合。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多傳感器集成室內(nèi)外移動(dòng)測(cè)繪裝置，其特征在于：所述移動(dòng)測(cè)繪硬件平臺(tái)位置的確定與空間構(gòu)圖任務(wù)同步進(jìn)行，同時(shí)確定移動(dòng)測(cè)繪硬件平臺(tái)位置和三維空間環(huán)境構(gòu)圖；在進(jìn)行移動(dòng)測(cè)繪時(shí)，不需要外部定位源確定本平臺(tái)的位置，也不需要外部定義坐標(biāo)系或地圖參考系用于描述定位位置。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多傳感器集成室內(nèi)外移動(dòng)測(cè)繪裝置，其特征在于：所述多種傳感器的相對(duì)位置和姿態(tài)可以精確確定；利用移動(dòng)測(cè)繪硬件平臺(tái)位置和傳感器間的相對(duì)位置和姿態(tài)，多種傳感器的數(shù)據(jù)在空間位置上能夠精確融合。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多傳感器集成室內(nèi)外移動(dòng)測(cè)繪裝置，其特征在于：利用集成的一種或多種傳感器可以精確確定該裝置移動(dòng)測(cè)繪硬件平臺(tái)的空間絕對(duì)位置，進(jìn)而確定各傳感器的空間絕對(duì)位置和姿態(tài)，各傳感器的數(shù)據(jù)具有精確的空間參考位置。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多傳感器集成室內(nèi)外移動(dòng)測(cè)繪裝置，其特征在于：所述傳感器的組合包括如下組合：GNSS接收機(jī)；GNSS接收機(jī)、慣性測(cè)量單元IMU；GNSS接收機(jī)、慣性測(cè)量單元IMU、激光雷達(dá)掃描儀LiDAR；GNSS接收機(jī)、慣性測(cè)量單元IMU、光學(xué)相機(jī)；慣性測(cè)量單元IMU、激光雷達(dá)掃描儀LiDAR；慣性測(cè)量單元IMU、光學(xué)相機(jī)；慣性測(cè)量單元IMU、RGB-D深度相機(jī)；慣性測(cè)量單元IMU、視頻攝像機(jī)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多傳感器集成室內(nèi)外移動(dòng)測(cè)繪裝置，其特征在于：所述GNSS接收機(jī)能夠接收處理以下一種或多種衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的信號(hào)確定接收機(jī)的空間位置，包括：美國(guó)全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯格洛納斯導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)、歐洲聯(lián)盟伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(Galileo)、中國(guó)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(Beidou)、日本準(zhǔn)天頂星導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(QZSS)、印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(IRNSS)。

8.一種根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的多傳感器集成室內(nèi)外移動(dòng)測(cè)繪裝置的自動(dòng)三維建模方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)需要采集的三維空間和環(huán)境特征信息等數(shù)據(jù)內(nèi)容確定需要集成的傳感器種類和數(shù)量，將多種傳感器集成于移動(dòng)測(cè)繪硬件平臺(tái)裝置；

步驟2、標(biāo)定多種傳感器之間以及傳感器與移動(dòng)測(cè)繪硬件平臺(tái)裝置的相對(duì)位置和姿態(tài)信息；

步驟3、移動(dòng)測(cè)繪硬件平臺(tái)裝置在室內(nèi)外空間進(jìn)行移動(dòng)測(cè)繪操作，自動(dòng)化移動(dòng)采集多傳感器數(shù)據(jù)；

步驟4、室內(nèi)外定位數(shù)據(jù)處理，獲得移動(dòng)測(cè)繪硬件平臺(tái)裝置在移動(dòng)測(cè)繪過程中任意時(shí)刻的精確位置，為移動(dòng)測(cè)繪硬件平臺(tái)裝置提供精密參考位置；

步驟5、結(jié)合移動(dòng)測(cè)繪硬件平臺(tái)裝置的精密參考位置和多種傳感器之間以及傳感器與平臺(tái)裝置的相對(duì)位置和姿態(tài)信息確定每個(gè)傳感器及其數(shù)據(jù)的空間位置；

步驟6、將多種傳感器的數(shù)據(jù)在空間上精密配準(zhǔn)，得到融合的多源空間數(shù)據(jù)；

步驟7、利用空間數(shù)據(jù)對(duì)三維空間進(jìn)行自動(dòng)化建模，重構(gòu)三維空間的幾何屬性；對(duì)自動(dòng)化建模的結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量控制，剔除錯(cuò)誤或不合理的部分；

步驟8、將步驟7所建立的模型與移動(dòng)測(cè)繪硬件平臺(tái)裝置采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行映射，建立模型與紋理的映射關(guān)系；

步驟9、完成空間三維模型重建的計(jì)算，輸出三維模型。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種多傳感器集成室內(nèi)外移動(dòng)測(cè)繪裝置的自動(dòng)三維建模方法，其特征在于：所述模型構(gòu)建和紋理映射等三維模型重構(gòu)的計(jì)算過程均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，不需要人工計(jì)算操作。