[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

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711239670.9
• 申請(qǐng)日: 2017-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108051837A
• 公開(kāi)（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

本發(fā)明公開(kāi)了一種多傳感器集成室內(nèi)外移動(dòng)測(cè)繪裝置及自動(dòng)三維建模方法，所述移動(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；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。與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明在數(shù)據(jù)采集和三維建模數(shù)據(jù)處理階段的自動(dòng)化程度均有顯著提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于測(cè)繪技術(shù)領(lǐng)域，涉及利用衛(wèi)星定位、慣性導(dǎo)航與環(huán)境感知傳感器集成的一體化室內(nèi)外定位、移動(dòng)測(cè)繪和三維模型重建，具體涉及一種多傳感器集成室內(nèi)外移動(dòng)測(cè)繪裝置及自動(dòng)三維建模方法。

背景技術(shù)

隨著激光雷達(dá)掃描儀、相機(jī)、深度相機(jī)等設(shè)備的小型化和普及，越來(lái)越多的人都攜帶這種數(shù)據(jù)采集設(shè)備，影像數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)越來(lái)越廣泛。設(shè)備之間標(biāo)定技術(shù)的成熟，包括如IMU與相機(jī)位置之間的標(biāo)定、IMU與LiDAR位置之間的標(biāo)定、LiDAR與LiDAR位置之間的標(biāo)定、LiDAR與相機(jī)位置之間的標(biāo)定，能有效集成與融合多種數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模場(chǎng)景的快速測(cè)繪。Structure From Motion(SFM)算法與simultaneous localization and mapping(SLAM)算法的發(fā)展，視覺(jué)定位變得快速有效。立體匹配和三維重建的算法的發(fā)展，越來(lái)越多的應(yīng)用到大規(guī)模場(chǎng)景的重建中。

現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題是：當(dāng)前的定位裝置、激光掃描、測(cè)圖以及其他專門的環(huán)境感知設(shè)備都是相對(duì)獨(dú)立的，當(dāng)前的室內(nèi)外空間三維建模方法是非常耗時(shí)的，不論是重建模型還是紋理映射都需要大量的人工操作。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多傳感器室內(nèi)外移動(dòng)測(cè)繪裝置及自動(dòng)三維建模方法，將多種定位和環(huán)境傳感器集成于一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)，形成一個(gè)室內(nèi)外定位與移動(dòng)測(cè)繪的硬件裝置，利用該裝置采集數(shù)據(jù)，自動(dòng)化進(jìn)行三維模型重建。

為此，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

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；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。

作為一種優(yōu)選，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。

進(jìn)一步地，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。

進(jìn)一步地，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。

進(jìn)一步地，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。