[發明專利]一種基于全景相機的主動視覺SLAM系統

有效

• 申請號: 202110055610.1
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112819943B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 徐國艷;陳冠宏;周彬;陳志發;廖亞萍
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T3/00;G06T3/40;H04N5/232;G01S15/931;F16M11/12;F16M11/42
• 代理公司: 北京航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11668
• 代理人: 黃川;史繼穎

本發明屬于視覺SLAM處理技術和移動底盤導航路徑規劃技術領域，特別涉及一種基于全景相機的主動視覺SLAM系統，包括智能底盤模塊、全景相機模塊、相機動態支架、單目相機模塊和處理器，處理器包括評價模塊、視覺SLAM處理模塊、全局規劃模塊、局部路徑規劃模塊以及動態支架規劃控制模塊。本發明通過增加一個可以任意半徑做曲線運動的智能底盤模塊、安裝在一個多自由度相機動態支架上的單目相機模塊、一個用于對環境整體進行評估的全景相機模塊，達到了改善傳統視覺SLAM建圖掃描時沒有目的性問題。本發明使得視覺建圖和定位更具目的性，提高了建圖和定位的速度，改善了建圖和定位的質量，增強了建圖和定位的可靠性和靈活性。

技術領域

本發明屬于視覺同時定位與建圖(Simultaneous Localization And Mapping，SLAM)處理技術和移動底盤導航路徑規劃技術領域，特別涉及一種基于全景相機的主動視覺SLAM系統。

背景技術

近年來，SLAM處理技術發展迅速，其通過單目相機、雙目相機或深度相機等視覺傳感器或激光雷達等激光傳感器獲取周圍環境的信息，能夠通過特定的計算方法求解出傳感器本身的位置和運動軌跡，并且同時建立周圍環境的三維地圖。視覺SLAM技術一直以來都是機器人自主導航、輔助駕駛、增強現實和三維重建領域的重點研究技術，它與視覺圖像處理、特征點提取與匹配等技術息息相關。目前較為熱點的視覺建圖和定位領域中，移動底盤常常作為視覺SLAM系統的承載平臺，通過移動底盤的自主導航，可以實現自主的視覺SLAM建圖與定位。

然而，當前的視覺SLAM技術存在很多不足。首先，當前的視覺SLAM存在傳感器視野小，采集圖像信息量小的缺點。比如，中國專利CN111176300A所公開的基于SLAM導航的光伏電站運維機器人充電系統中，運維機器人上設置的光場相機存在視覺視野相對較小，同一時刻采集圖像信息量小的不足。其次，當前的視覺SLAM存在易受光照變化影響、在環境紋理不豐富的地方效果不佳的缺點。比如中國專利CN211580758U公開的一種基于視覺SLAM的綠化修剪機器人中，由于裝置在面對室外環境光線變化和環境紋理不豐富的場景時沒有很好的應對策略，可能造成視覺SLAM系統無法有效地建立環境地圖和進行自身定位。最后，視覺SLAM還存在視覺探索過程過于盲目，建圖和定位效率不高的缺點。比如中國專利CN104062977B公開的基于視覺SLAM的四旋翼無人機全自主飛行控制方法中，所述裝置利用安裝在四旋翼無人機底部的攝像頭采集圖像信息，存在攝像頭采集圖像受無人機自身位置限制的不足，在不干涉無人機原先軌跡的情況下，無法保證能采集到最適合視覺SLAM系統的圖像。

發明內容

針對以上當前視覺SLAM技術中常見的缺點，本發明提出了一種基于全景相機的主動視覺SLAM系統，用于對本系統所處環境進行主動觀測，進而建圖，并進行定位，以達到快速、高效、高質量建圖和定位的目的。其中，全景相機可以快速對本系統所處環境進行探測價值評價，根據視覺SLAM探測價值可以對環境生成評價分值場，該分值場將用于指導相機動態支架和智能導航底盤運動移動至合適的位置和姿態，從而使固定在相機動態支架前端的單目相機處于最佳拍攝視角。本發明的改進還在于視覺SLAM處理模塊可以根據已經建立的地圖信息自主判斷最可能產生回環的區域，從而引導本裝置的單目相機采集最可能產生回環的區域圖像，從而進一步提升了視覺SLAM系統整體的工作效率。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于全景相機的主動視覺SLAM系統，包括智能底盤模塊、全景相機模塊、相機動態支架、單目相機模塊和處理器，所述處理器包括評價模塊、視覺SLAM處理模塊、全局規劃模塊、局部路徑規劃模塊以及動態支架規劃控制模塊；所述相機動態支架上端固連有所述單目相機模塊；

所述全景相機模塊用于獲取所述系統所在環境的視覺全景圖像并發送至所述評價模塊；

所述評價模塊用于根據所述視覺全景圖像對所述環境的探測價值進行整體評價，選出有價值探測區域作為目標區域并將其位置信息發送至所述全局規劃模塊和所述動態支架規劃控制模塊；