[發(fā)明專利]使用多向相機評估封閉空間的尺寸

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780045574.2
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN109564690B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅伯特·盧凱爾斯基;斯特凡·萊烏特尼格爾;安德魯·戴維森
• 申請（專利權(quán)）人: 帝國理工學(xué)院創(chuàng)新有限公司
• 主分類號: G06T7/55
• 分類號: G06T7/55;G06T17/00;G06T7/62
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 梁麗超;劉丹

本文描述的特定實例涉及使用單目多向相機設(shè)備對諸如房間等封閉空間的尺寸進行估算。在實例中，通過諸如機器人設(shè)備執(zhí)行相機設(shè)備在移動平面內(nèi)圍繞某點的移動。在移動過程中，使用單目多向相機設(shè)備在多個不同的角度位置獲得圖像序列(610)。根據(jù)圖像序列確定姿勢數(shù)據(jù)(620)。使用在圖像序列內(nèi)檢測出的一組特征確定姿勢數(shù)據(jù)。然后，通過評估圖像序列與姿勢數(shù)據(jù)的體積函數(shù)對深度值進行估算(630)。圍繞相機設(shè)備的參考位置限定三維體積(640)，其中，三維體積在移動平面內(nèi)具有二維多邊形橫截面。然后，將三維體積擬合成深度值(650)，以確定多邊形橫截面的尺寸。然后，這些尺寸提供對封閉空間的形狀的估算。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及使用多向相機對空間進行映射。本發(fā)明具有使用單目多向相機基于從空間內(nèi)捕獲的圖像數(shù)據(jù)估算封閉空間的一組尺寸的具體、但非排他性的實用性。

背景技術(shù)

諸如地板清潔機器人等低成本機器人設(shè)備通常依賴于有限的感知和簡單的算法進行映射并且在特定情況下導(dǎo)航諸如室內(nèi)房間等三維空間。例如，在一種情況下，機器人設(shè)備可以包括檢測位于場地內(nèi)一排的對象從而可以避開的紅外傳感器或超聲波傳感器。盡管已經(jīng)圍繞諸如同時定位與地圖構(gòu)建(SLAM)等技術(shù)做出了重大的進步，然而，許多解決方案依賴于研究實驗室可用的大量計算資源。這使得難以將這些解決方案轉(zhuǎn)化成控制現(xiàn)實世界商用機器人設(shè)備的嵌入式計算設(shè)備。此外，特定的解決方案需要諸如激光探測與測距-LADAR-傳感器、結(jié)構(gòu)化光傳感器、或飛行時深度相機等一套專用的傳感器設(shè)備。這些專用的傳感器設(shè)備增加了支出與復(fù)雜性，使得其更不適合于現(xiàn)實世界的機器人應(yīng)用。

US2010/0040279A1描述了一種構(gòu)建三維網(wǎng)格地圖而控制自動行進裝置的方法與裝置。在構(gòu)建三維地圖來確定無人車輛或移動機器人的當前位置與外圍環(huán)境時，使用二維定位與三維圖像復(fù)原更為快速地準確構(gòu)建三維網(wǎng)格地圖。然而，該解決方案要求使用包括至少兩個獨立的全向相機設(shè)備及對應(yīng)的立體圖像處理的立體全向相機。對于許多家用或低成本的機器人設(shè)備而言，這可能不切實際或不具有經(jīng)濟效益。

US2014/0037136A1描述了一種確定用于道路障礙物檢測的車載相機的姿勢的方法與系統(tǒng)。通過從一組初始圖像確定點對應(yīng)性，然后，將兩點運動估算應(yīng)用于點對應(yīng)性以確定相機的一組初始姿勢，獲得可移動相機相對于環(huán)境的姿勢。從該組初始姿勢和點對應(yīng)性生成點云。然后，對于每個下一圖像，在更新點云的同時，確定點對應(yīng)性和對應(yīng)姿勢。點云可用于檢測機動車輛的環(huán)境中的障礙物。然而，其中描述的技術(shù)更為適合于諸如小汽車及訪問引擎驅(qū)動的電源并且能夠采用更大、更高規(guī)格的計算資源的其他機動車輛等大型設(shè)備。對于許多家用或低成本機器人設(shè)備而言，這可能不切實際或不具有經(jīng)濟效益。

US2013/0216098?Al描述了一種用于構(gòu)建擁擠的三維空間(例如，有許多人的環(huán)境)的地圖的技術(shù)。其包括：連續(xù)圖像獲取單元，獲得在機器人移動時拍攝的圖像；局部特征量提取單元，從圖像中提取每個特征點的量；特征量匹配單元，執(zhí)行輸入圖像中的量之間的匹配，其中，所述量通過提取單元提取；恒定特征量計算單元，通過匹配單元計算預(yù)定數(shù)目的圖像間的匹配量的平均值作為恒定特征量；距離信息獲取單元，在獲得圖像時基于機器人的位置計算與各個恒定特征量對應(yīng)的距離信息；以及地圖生成單元，將局部度量地圖生成為復(fù)合地圖。盡管本技術(shù)具有在擁擠空間使用時的優(yōu)勢，然而，其較不適合用于具有有限計算資源的嵌入式計算設(shè)備。

EP2854104A1描述了一種用于半密集的同時定位和映射的方法。在該方法中，對圖像獲取裝置的姿勢和深度信息進行估計。使通過確定深度信息而跟蹤圖像獲取裝置的位置和/或方位及進行映射的步驟交錯。僅針對圖像像素的子集，例如，僅對于強度變化足夠高的那些像素，確定深度信息。

盡管上述所述技術(shù)對于具體情形具有特定優(yōu)勢，然而，它們通常很復(fù)雜并且需要密集性計算。這使得這些技術(shù)難以在例如小型的低成本家用機器人設(shè)備的嵌入式控制器上實現(xiàn)。因此，需要超越可用機器人設(shè)備的有限感知與簡單算法同時具有實用性和通用性足以應(yīng)用于這些相同的設(shè)備的控制技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容