[發明專利]一種建筑測量機器人多傳感器融合三維建模方法及系統

在審

• 申請號: 201911135067.5
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110842940A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 趙鍵;陳剛;劉波
• 申請（專利權）人: 廣東博智林機器人有限公司
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J9/16;B25J13/08;B25J19/02;G01S17/86;G01S17/894
• 代理公司: 北京麥寶利知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11733
• 代理人: 趙艷紅

本發明提供一種建筑測量機器人多傳感器融合三維建模方法，通過雙目結構光深度相機與多線掃描激光雷達在水平和垂直方向上的旋轉，完成單站點360度全景掃描；融合單線激光掃描雷達、車輪里程計以及慣性測量單元IMU等多傳感器信息，自動輸出導航定位信息，完成多測量站點間三維點云的初始配準；融合RGB圖像與三維點云，完成關鍵特征點的成對點對幾何特征的提取與匹配，實現多站點間三維點云的精確拼接。本發明還提供一種建筑測量機器人多傳感器融合三維建模系統。本發明解決在建筑工地等復雜環境下，基于多傳感器融合，針對紋理和幾何結構簡單的室內場景，進行精確的三維建模的問題。

技術領域

本發明涉及一種三維建模方法及系統，具體涉及一種建筑測量機器人多傳感器融合三維建模方法及系統。

背景技術

三維建模技術是智能體攜帶其傳感器在運動過程中對自身進行定位，同時以合適的方式描述周圍的環境并建立真實世界的三維模型。三維建模能夠比傳統的文字、圖像和視頻等方式更高效、直觀地呈現信息；在建筑工地等復雜環境下，傳統的基于GPS定位可能不能正常使用，那么三維建模技術可以作為一種有效的替代方案實現在未知復雜環境中的環境感知、場景建模以及實時導航和定位。

目前，經典的三維建模技術按照傳感器可以分為：基于激光雷達的三維建模技術、基于深度傳感器的三維建模技術、以及基于視覺傳感器的三維建模技術等。

激光雷達的優點是數據的精度較高，后期處理的方式簡單。然而其缺點是：第一，價格昂貴，這限制了它的廣泛使用；第二，測量數據稀疏，對環境的感知較少；第三，測量距離有限，在空曠區無法使用。

深度傳感器(RGBD相機)，這種傳感器能夠實時通過紅外結構光獲得空間結構信息，這有利于實時建立稠密的三維地圖。然而，由于RGBD攝像機使用的是紅外結構光，因此對于光線充足的室外場景，我們幾乎無法通過RGBD攝像機實現定位建圖。

視覺傳感器是基于圖像內容來獲得空間結構信息的，因此室內室外的建模用視覺傳感器可以有效的解決，但其三維成像的精度較低，且建模能力嚴重依賴于環境的幾何結構和紋理信息。

綜上所述，基于單一傳感器的三維建模技術都存在些許不足，因此，基于多傳感器融合的三維建模技術的應用需求越來越受到關注。多傳感器信息融合是指對不同傳感器在相近時間段獲取的時間進行結合，在某種對應準則情況下，利用相關技術分析數據，消除傳感器間的誤差，并融合互補，完成最終結果處理的過程。將該技術應用于建筑測量機器人三維建模應用領域，結合不同種傳感器信息的互補性，可以獲取較為完整的數據，從而適應不同復雜程度的建筑工地環境，保證所獲取的三維模型的準確性和穩定性。

發明內容

鑒于此，本發明提供了一種建筑測量機器人多傳感器融合三維建模方法，包括：

步驟1，采集單個測量站點在各個旋轉角度方向上的RGB圖像和深度圖像，融合得到單個測量站點處的三維點云數據以及RGB高清圖像數據；

步驟2，多傳感器融合自動導航定位，得到所述建筑測量機器人的實時定位信息；

步驟3，根據步驟1采集到的三維點云數據，并基于步驟2得到的建筑測量機器人的定位信息，對兩個相鄰測量站點的三維點云數據進行初始配準；

步驟4，根據初始配準后的三維點云數據，對相鄰測量站點的全景RGB圖像和深度圖像與三維點云中的融合特征進行提取和匹配；

步驟5，根據提取和匹配的結果，完成三維點云拼接，最終完成三維建模。

作為本發明進一步的改進，步驟1具體包括：

步驟101，利用雙軸旋轉云臺在各個旋轉角度上的旋轉，帶動雙目結構光深度相機的旋轉，獲取單個測量站點的全景式360度的圖像數據采集，進而得到對應的全景三維點云；