[發明專利]一種地空異構協同地圖構建方法

在審

• 申請號: 202011433090.5
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112419501A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 何晉豪;成慧;周榆明;黃立祥;孔陽
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳偉斌

本發明涉及地圖構建技術領域，具體地，涉及一種地空異構協同地圖構建方法，包括：利用多個移動平臺獲取環境三維點云數據，并計算多個移動平臺的位姿估計結果；根據三維點云數據與位姿估計結果構建局部點云地圖，同時優化位姿估計結果，并通過局部點云地圖生成場景縮略圖；索引場景縮略圖得到候選匹配地圖對；計算候選匹配地圖對之間的剛性變換，并根據進一步篩選匹配對；構建位姿圖并優化，融合多個移動平臺的位姿圖與局部點云地圖，得到完整的三維點云地圖。本發明通過將候選匹配地圖之間的變換關系作為約束對相似的局部點云地圖進行聯合優化，同時實現了地圖數據的融合與優化，使地圖構建結果更為精準。

技術領域

本發明涉及地圖構建技術領域，更具體地，涉及一種地空異構協同地圖構建方法。

背景技術

隨著科學技術的不斷完善與發展，構建地圖的方式也是多種多樣。目前在面對大規模場景下的場景探索與救援等復雜任務時，利用單一移動平臺進行環境信息采集構建地圖，其感知范圍有限，如果是地面的移動平臺其無法采集高處的信息，如果是空中的移動平臺則無法采集近地處的信息，因此其可靠性、靈活性和效率都不夠高。

目前也有基于圖像的地空聯合地圖構建方案，但是這種方案在投影時會產生不可避免的孔洞和圖像撕裂，無法適應較大的角度和高度變化；還有一種基于激光雷達的地空聯合地圖構建方案，但是這種方案在進行地空數據融合時只參考了單幀的數據信息，魯棒性較低，當單幀特征不明顯時容易失效。

另外中國專利CN110243381A公開了一種陸空機器人協同感知監測方法，空中機器人和地面機器人通過處理原始圖像和點云數據構建三維地圖，提取高維特征用于構建地圖增廣描述子，先利用陸空機器人各自提取的描述子進行初步定位，再將初步定位結果作為陸空機器人的初始姿態，再利用三維概率地圖進行密集匹配，實現精確定位，最終實現全局地圖精確融合。但是其采用的是概率柵格地圖的格式，只能實現地圖數據融合，不能對數據進行優化；另外直接采用幾何描述子進行數據匹配，結構不夠精準。

發明內容

本發明為克服上述現有技術的缺陷，提供一種地空異構協同地圖構建方法，同時實現對地圖數據的融合與優化，其更為精準。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

本發明公開一種地空異構協同地圖構建方法，包括以下步驟：

S1：利用多個移動平臺分別獲取環境三維點云數據，并計算多個移動平臺的位姿估計結果；

S2：根據三維點云數據與位姿估計結果構建局部點云地圖，同時優化位姿估計結果，并通過局部點云地圖生成場景縮略圖；

S3：提取場景縮略圖的全局描述子向量，利用全局描述子向量索引場景縮略圖得到候選匹配地圖對；

S4：計算候選匹配地圖對之間的剛性變換，并根據點云匹配度進一步篩選匹配對；

S5：利用剛性變換作為約束，構建位姿圖并優化，在統一坐標系下融合多個移動平臺的位姿圖與局部點云地圖，得到完整的三維點云地圖。

進一步地，步驟S1中移動平臺包括激光雷達、GPS導航系統，激光雷達用于獲取環境三維點云數據；GPS導航系統用于采集移動平臺的位置信息和姿態信息，直接作為移動平臺的位姿估計結果。

可選地，上述的步驟S1中移動平臺包括激光雷達、攝像頭，激光雷達用于獲取環境三維點云數據，攝像頭用于采集RGB圖像序列；對RGB圖像序列及三維點云數據進行特征提取及運動估計，得到移動平臺的位姿估計結果。

進一步地，上述的移動平臺還包括用于采集移動平臺IMU數據的IMU慣性測量單元，移動平臺IMU數據作為約束，用于計算移動平臺的位姿估計結果。

進一步地，上述的步驟S2中通過局部點云地圖生成場景縮略圖具體包括以下步驟：