[發明專利]一種融合多傳感器的手持式SLAM裝置及其控制方法

在審

• 申請號: 202110166885.2
• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN112987065A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 嚴超;王慶;劉玉;張昊;李明;許九婧;張波
• 申請（專利權）人: 東南大學;北京農業信息技術研究中心
• 主分類號: G01S19/48
• 分類號: G01S19/48
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

一種融合多傳感器的手持式SLAM裝置及其控制方法，包括GNSS/INS組合定位模塊、GNSS柱狀天線、16線激光雷達、彩色雙目攝像頭、處理器、平板顯示器；GNSS柱狀天線與GNSS/INS組合定位模塊相連；GNSS/INS組合定位模塊、16線激光雷達、彩色雙目攝像頭、平板顯示器均與處理器相連接，可實現設備的小型化。本發明針對視覺在紋理較少的環境中無法進行特征點匹配，從而無法得到三維點在相機坐標系下的深度，激光雖然能夠非常直接地測量到深度，但是無法捕捉空間中的紋理信息的問題，提出了在有限的硬件資源下基于正方形體素的建圖方案，并利用彩色圖像給進行點云上色的空間平面進行稠密重建。

技術領域

本發明涉及融合多傳感器的手持式終端的同步定位與建圖方法的領域，特別是涉及一種融合多傳感器的手持式SLAM裝置及其控制方法。

背景技術

土地資源調查目前多以衛星遙感數據為主，外業實地調查為輔。隨著遙感技術的發展，高分遙感數據在其中扮演著越來越重要的作用，并且已被證明是一種最直接有效的方法。該項工作主要以遙感技術為依托，將同一空間不同時相的土地利用數據進行疊加對比分析，以發現地球表面變化，從時間、空間、數量及質量方面分析土地利用動態變化特征和未來發展趨勢。但衛星遙感在村鎮土地調查中存在以下缺點：1)覆蓋面積越大，圖像的局部信息越不明顯；2)遙感衛星目前的資源是有限的，衛星過頂周期和過頂時間通常是固定的，對地觀測的頻度相對較低，對于突發性問題不能給出及時的遙感圖像；3)獲取的數據主要為二維平面數據，已不能滿足土地資源調查管理和村鎮規劃建設的需要。而手持式SLAM(Simultaneous LoCalization and Mapping,同時定位與地圖構建技術)裝置是衛星遙感測量手段的有力補充，具有機動靈活、高效快速、精細準確、作業成本低、適用范圍廣、生產周期短等特點，在小區域和環境復雜地區三維數據快速獲取方面具有明顯優勢。

對于手持式SLAM裝置而言，重點要先解決移動終端的定位與環境感知問題。目前，定位領域中使用最多的是全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System,GNSS)，它是全球定位、導航和授時(Positioning,Navigation and Timing,PNT)服務的基礎設施。但是，衛星導航信號微弱，信號易被遮擋、抗干擾能力差、易欺騙以及GNSS接收機數據輸出頻率低。特別在村鎮復雜環境中，受密集建筑物、樹木等影響，GNSS經常會因信號遮擋而導致定位輸出中斷。為了彌補了僅依靠GNSS定位的不足，通常與慣性導航系統(Inertial Navigation System，INS)結合形成的GNSS/INS組合定位技術。INS具有與外界不發生任何光、電和磁聯系，工作不受氣象條件的限制，完全依靠運動載體設備自主完成導航任務，且能夠提供比較齊全的導航參數等優點，可以在GNSS信號被遮擋時保持連續的定位輸出。但其最大的缺點是具有誤差累積效應，定位精度會隨定位過程的進行而不斷下降。高精度的INS可以在較長時間內保持較高的定位精度，但是其價格成本也較高，難以滿足民用低成本的要求。激光雷達(Light DeteCtion and Ranging,LiDAR)具有良好的相對定位性能，相比INS發散更為緩慢，可有效的抑制導航誤差的累積，激光雷達的環境需求與GNSS具有很好的互補性。但其獲取的環境信息在細節上略顯不足，且無法獲取環境的色彩信息。相較于其他傳感器，視覺傳感器安可以獲取足夠多的環境細節，可以描繪物體的外觀和形狀、讀取標志等，幫助載體進行環境認知，這些功能其他傳感器無法做到，并且近些年更是得益于數字圖像處理技術的快速發展和計算機硬件性能的提高。但受環境因素以及外部因素影響較大，比如光線不足、以及天氣因素導致的視線縮小等。特別是村鎮復雜環境下，存在圖像計算量大、算法難以實現的問題。國內外的相關廠商已生產了相關集成性產品，如Hexagon旗下的LeiCa測量系統的BLK20go手持機集成了激光雷達和全景相機，但該設備主要應用于室內；其背包設備LeiCa Pegasus:BaCkpaCk集成了GNSS、IMU、兩個16線的Velodyne激光雷達和4個全景相機，國內數字綠土公司也有同類型的產品LiBaCkpaCkDGC50，但上述的設備價格非常貴，普及率不高，設備體積大，不利于攜帶，且各傳感器只是物理集成，并未實現數據層的融合。

發明內容