[發(fā)明專利]實時定位和建圖的實現(xiàn)裝置和方法

在審

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• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN112802096A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史曉龍;高天豪;彭雄峰;馬寬;劉志花;王強;金允泰;全明帝;李洪碩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京三星通信技術(shù)研究有限公司;三星電子株式會社
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T17/05;G06T7/55
• 代理公司: 北京銘碩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11286
• 代理人: 田方;曾世驍

提供了一種實時定位和建圖的實現(xiàn)裝置和方法。所述實現(xiàn)裝置包括：圖像獲取單元，被配置為獲取周圍環(huán)境的彩色圖像及深度圖像；初始位姿估計單元，被配置為基于所述彩色圖像和深度圖像，估計初始位姿；地圖構(gòu)建單元，被配置為基于所述深度圖像和彩色圖像，構(gòu)建三維地圖；以及位姿確定單元，被配置基于初始位姿以及三維地圖，確定最終位姿。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及實時定位和建圖(SLAM)領(lǐng)域，更具體地講，涉及一種基于重建地圖的SLAM實現(xiàn)裝置和方法。

背景技術(shù)

在現(xiàn)有技術(shù)中的構(gòu)建三維地圖的方法中，通常利用設(shè)備上所安裝的諸如相機、激光傳感器和慣性測量儀等傳感裝置來實時地獲取周圍環(huán)境的信息，由此構(gòu)建出周圍環(huán)境的三維地圖，并實時輸出設(shè)備在世界坐標(biāo)系中的位置和姿態(tài)信息，這種技術(shù)被稱之為實時定位和建圖(SLAM,Simultaneous Localization And Mapping)。

幾乎所有的SLAM系統(tǒng)都是基于兩種框架：一種是非線性優(yōu)化，另一種是統(tǒng)計濾波。根據(jù)硬件傳感裝置的不同，SLAM系統(tǒng)也可以分為激光傳感器、雙目/多目、單目+慣性測量設(shè)備和單目+深度相機等方式。

激光傳感技術(shù)是早期SLAM系統(tǒng)常用的一種技術(shù)，它精度高并且能夠得到較為稠密的地圖點，但由于激光設(shè)備體積較大，重量較大且成本高，不太適用于目前輕量型SLAM系統(tǒng)(如無人機、AR眼鏡等)的要求，但是在一些對負(fù)載要求不高的設(shè)備(諸如掃地機器人、倉儲機器人)中仍有使用價值。另一種技術(shù)是雙目/多目SLAM系統(tǒng)，它可以根據(jù)兩個攝像機之間的視差估計出場景中特征點的大概深度信息，然后在后端的優(yōu)化過程中對前端得到的估計值進一步地精確化。比較經(jīng)典的雙目SLAM技術(shù)包括OKVIS和ORB-SLAM等。

此外，目前基于視覺的SLAM技術(shù)也已經(jīng)逐步應(yīng)用到消費級產(chǎn)品中。然而，單目相機在SLAM系統(tǒng)中使用時，往往會有一些問題，例如，需要較為精細(xì)的初始化過程、難以估計運動軌跡的尺度等等。因此，一些針對單目相機的改變被深入地研究，目前比較經(jīng)典的有單目相機加慣性傳感器、單目相機加深度相機以及一些精細(xì)的初始化算法。慣性傳感器對于設(shè)備運動較為敏感，因此可以很好地彌補單目相機的不足，并且在設(shè)備運動較快或旋轉(zhuǎn)較大時，可以精確地估計設(shè)備的位姿。單目相機加深度相機則可粗略測量出場景的三維空間位置，因此可以得到運動軌跡的尺度。單目相機由于較為輕便，被廣泛應(yīng)用到許多消費級產(chǎn)品(如無人機、AR眼鏡、自動送餐機器人等)中。

然而，在現(xiàn)有大多數(shù)SLAM技術(shù)中都包含非線性優(yōu)化部分，但是在非線性優(yōu)化中實時性和精確度是一個難以兼顧的問題，許多現(xiàn)有的SLAM系統(tǒng)在進行非線性優(yōu)化時，為了保證實時性，僅能利用過去一小段時間的測量信息，難以得到較好的定位精確度。此外，一些SLAM系統(tǒng)可能需要經(jīng)常在熟悉的環(huán)境中工作，如倉儲機器人和送餐機器人。如何利用之前的地圖信息，使得系統(tǒng)的計算量隨著時間的推移進一步減輕，這方面的研究也相對匱乏。很多基于視覺的SLAM技術(shù)前端都會使用特征點提取和特征點匹配來初步追蹤相機的位置，但是在一些紋理相對貧瘠的場景(如玻璃房間、較多白墻的房間)中，能夠提取和匹配的特征點較少，會使得跟蹤精度下降，產(chǎn)生較大的漂移誤差。

因此，需要一種能夠確保實時性，降低計算量并還保證地圖準(zhǔn)確性的SLAM技術(shù)。

以上信息僅作為背景信息被提供以用于幫助理解本公開。至于以上信息中的任何信息是否可作為針對本公開的現(xiàn)有技術(shù)適用，并未作出確定，并且也未作出任何聲明。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，提供了一種實時定位和建圖的實現(xiàn)裝置，包括：圖像獲取單元，被配置為獲取周圍環(huán)境的彩色圖像及深度圖像；初始位姿估計單元，被配置為基于所述彩色圖像和深度圖像，估計初始位姿；地圖構(gòu)建單元，被配置為基于所述深度圖像和彩色圖像，構(gòu)建三維地圖；以及位姿確定單元，被配置基于初始位姿以及三維地圖，確定最終位姿。