一種車載三維測(cè)量系統(tǒng)裝置及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種可行駛區(qū)域的三維測(cè)量裝置和評(píng)估系統(tǒng)，包括一種基于旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)與相機(jī)的三維測(cè)量裝置，通過電機(jī)旋轉(zhuǎn)單線或四線激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)三維激光掃描，利用單目相機(jī)的圖像特征匹配估計(jì)平臺(tái)的位置姿態(tài)變化，通過運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償生成周邊環(huán)境的三維點(diǎn)云；一種行駛區(qū)域的三維評(píng)估方法，通過融合相機(jī)及激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，建立概率的穿越性分析，評(píng)估行駛區(qū)域。本發(fā)明裝置及系統(tǒng)相比國際上同類三維測(cè)量裝置具有廉價(jià)、國產(chǎn)化難度較低、易于維護(hù)、易于隱蔽等特點(diǎn)，可以有效地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜越野環(huán)境的行駛區(qū)域評(píng)估。
【專利說明】
一種車載三維測(cè)量系統(tǒng)裝置及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺、三維重建以及多傳感器標(biāo)定技術(shù)，尤其涉及一種車載三維測(cè)量系統(tǒng)裝置及其應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]在復(fù)雜越野環(huán)境下實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主移動(dòng)在國防安全、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域有著重要的應(yīng)用需求。然而復(fù)雜越野環(huán)境下的安全自主移動(dòng)要求機(jī)器人實(shí)時(shí)地對(duì)周圍地形特征進(jìn)行三維測(cè)量，檢測(cè)正負(fù)障礙物，并在此基礎(chǔ)上建立對(duì)周圍可行駛區(qū)域的正確評(píng)估，從而實(shí)施合理的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制。
[0003]可通行區(qū)域的檢測(cè)是機(jī)器人自主移動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)，目前國際上的主流方法是利用32線或64線激光雷達(dá)對(duì)機(jī)器人周邊環(huán)境進(jìn)行三維掃描并實(shí)現(xiàn)可行駛區(qū)域評(píng)估。然而該設(shè)備昂貴、且國產(chǎn)化難度高。特別是設(shè)備安裝位置一般在車頂上方，突出于車體，為維護(hù)及掩蔽等帶來困難。
[0004]與32線或64線激光不同，單線激光相對(duì)廉價(jià)，且容易嵌入到車體中，因此國內(nèi)外也有不少對(duì)于單線激光的研究。在美國DARPA無人車比賽中，很多車隊(duì)利用單線激光進(jìn)行可通行區(qū)域分析。這些方法一般將激光固定在車體上，對(duì)環(huán)境的檢測(cè)能力有限。當(dāng)車輛靜止時(shí)，激光數(shù)據(jù)的盲區(qū)較大，無法很好的評(píng)估可通行區(qū)域。
[0005]另外，基于立體視覺系統(tǒng)的研究也被開展。這些方法利用左右圖像的特征點(diǎn)匹配估計(jì)車輛運(yùn)動(dòng)并生成三維信息。光照條件的變化給理解圖像帶來了很大的困難，包括黑暗的環(huán)境、陰影、環(huán)境光變化的色調(diào)等。因此在復(fù)雜越野環(huán)境下，該方法的魯棒性及精度均受到極大挑戰(zhàn)，未有成熟的應(yīng)用案例。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于提供一種可行駛區(qū)域的三維測(cè)量裝置和評(píng)估系統(tǒng)，涉及一種對(duì)電機(jī)、單線激光或四線激光、相機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，生成三維點(diǎn)云并檢測(cè)可行駛區(qū)域的方法。
[0007]本發(fā)明公開了一個(gè)車載三維測(cè)量系統(tǒng)裝置，包括三個(gè)傳感器:單目相機(jī)、激光掃描儀和旋轉(zhuǎn)電機(jī)。單目相機(jī)檢測(cè)環(huán)境圖像數(shù)據(jù)，用于估計(jì)裝置的運(yùn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)激光掃描儀轉(zhuǎn)動(dòng)，掃描環(huán)境的三維距離信息。單目相機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定在同一個(gè)支架上，激光掃描儀固定在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上。這套裝置中，相機(jī)與電機(jī)固定，激光掃描儀可以上下旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過精細(xì)的標(biāo)定，可以計(jì)算出三個(gè)坐標(biāo)系的變換矩陣，從而把數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一個(gè)坐標(biāo)系下。
[0008]本發(fā)明同時(shí)公開了一種可行駛區(qū)域的三維測(cè)量裝置的評(píng)估系統(tǒng)，包括以下步驟:
[0009]基于單目相機(jī)的位置姿態(tài)估計(jì):根據(jù)單目相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)，檢測(cè)圖像中的特征點(diǎn)，并將當(dāng)前幀特征點(diǎn)與上一幀圖像特征點(diǎn)進(jìn)行匹配；通過匹配的特征點(diǎn)，利用對(duì)極幾何，估計(jì)相機(jī)的運(yùn)動(dòng)，確定當(dāng)前幀相機(jī)的位置。
[0010]基于相機(jī)與旋轉(zhuǎn)激光的三維點(diǎn)云生成:將激光放置在電機(jī)上，由電機(jī)帶動(dòng)激光旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過電機(jī)與激光之間的標(biāo)定，將激光數(shù)據(jù)投影到電機(jī)坐標(biāo)系下；再經(jīng)過與相機(jī)的標(biāo)定，將激光數(shù)據(jù)投影到圖像上獲得對(duì)應(yīng)的顏色信息，生成帶顏色的單幀激光數(shù)據(jù)。最后通過估計(jì)的位置姿態(tài)，生成對(duì)應(yīng)帶顏色的三維點(diǎn)云。
[0011]基于三維點(diǎn)云的可通行區(qū)域評(píng)估:通過三維點(diǎn)云的形狀和顏色信息，將一些可穿透的物體濾除(例如雜草等)；將三維點(diǎn)云投影到二維柵格地圖上，依照三維點(diǎn)的高度對(duì)二維柵格圖的格點(diǎn)進(jìn)行賦值；再通過對(duì)于格點(diǎn)的高度以及相鄰格點(diǎn)間的高度差進(jìn)行可通行區(qū)域評(píng)估。
[0012]進(jìn)一步，所述基于單目相機(jī)的位置姿態(tài)估計(jì)包括:
[0013]特征點(diǎn)檢測(cè):在圖像上檢測(cè)具有可區(qū)分度的特征點(diǎn)，并計(jì)算特征點(diǎn)的特征描述向量。
[0014]特征點(diǎn)匹配:根據(jù)前后幀檢測(cè)到的特征點(diǎn)，定義距離函數(shù)，按照距離函數(shù)進(jìn)行匹配。
[0015]運(yùn)動(dòng)估計(jì):根據(jù)前后幀匹配的特征點(diǎn)，利用對(duì)極幾何，估計(jì)相機(jī)運(yùn)動(dòng)。
[0016]基于相機(jī)與旋轉(zhuǎn)激光的三維點(diǎn)云生成包括:
[0017]數(shù)據(jù)融合:通過電機(jī)、激光與圖像的標(biāo)定參數(shù)，融合三者的數(shù)據(jù)，生成單幀帶顏色的激光點(diǎn)數(shù)據(jù)。
[0018]三維點(diǎn)云生成:利用估計(jì)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，通過單幀的帶顏色激光點(diǎn)，生成帶顏色的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0019]基于三維點(diǎn)云的可通行區(qū)域評(píng)估:
[0020]點(diǎn)云聚類:根據(jù)三維點(diǎn)云中點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離、顏色等信息進(jìn)行聚類。
[0021]可穿透物體濾除:根據(jù)點(diǎn)云聚類檢測(cè)，依照一定的形狀、顏色等特征，將一些可穿透的物體(例如草叢)濾除。
[0022]柵格地圖生成:將過濾后的三維點(diǎn)云投影到二維地圖上，依照三維點(diǎn)的高度對(duì)二維柵格圖的格點(diǎn)進(jìn)行賦值，得到對(duì)應(yīng)高程圖。
[0023]可通行區(qū)域評(píng)估:通過對(duì)于格點(diǎn)的高度以及相鄰格點(diǎn)間的高度差進(jìn)行可通行區(qū)域評(píng)估。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的一種可行駛區(qū)域的三維測(cè)量裝置和評(píng)估系統(tǒng)的流程圖；
[0025]圖2為基于單目相機(jī)的位置姿態(tài)估計(jì)的流程圖；
[0026]圖3為基于相機(jī)與旋轉(zhuǎn)激光的三維點(diǎn)云生成的流程圖；
[0027]圖4為基于三維點(diǎn)云的可通行區(qū)域評(píng)估的流程圖。
[0028]有益效果
[0029]本發(fā)明所述方法，利用旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)單線或四線激光旋轉(zhuǎn)，擴(kuò)大了激光的掃描范圍。與現(xiàn)有的方案相比，具有以下優(yōu)勢(shì):
[0030]1.與32線或64線激光相比:盡管32線或64線三維激光的三維掃描結(jié)果較好，但是設(shè)備昂貴，國產(chǎn)化難度大。本發(fā)明所述設(shè)備，價(jià)格便宜，約為64線激光的十分之一，但也可以有效的進(jìn)行三維掃描。另外，32線或64線激光需要架設(shè)在車體上方，突出于車體；而本發(fā)明所述設(shè)備，可以嵌入到車體內(nèi)部，即不影響車體外觀，也可以有效的隱蔽該設(shè)備。
[0031]2.與單線激光相比:單線激光的掃描范圍有限，尤其在車體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，無法有效進(jìn)行三維掃描。本發(fā)明所述設(shè)備，有效的擴(kuò)大了激光的掃描范圍，在車體靜止的情況下，也可以給出有效的三維重建結(jié)果。
[0032]3.與立體視覺系統(tǒng)相比:盡管立體視覺系統(tǒng)更為廉價(jià)，但是由立體視覺產(chǎn)生的三維重建結(jié)果較差，容易受到光線、天氣的干擾。而本發(fā)明所述設(shè)備在加入激光的前提下，可以有效的進(jìn)行三維重建。

【具體實(shí)施方式】
[0033]參照?qǐng)D1至圖4對(duì)本發(fā)明的實(shí)例進(jìn)行說明。
[0034]如圖1所示，一種可行駛區(qū)域的三維測(cè)量裝置和評(píng)估系統(tǒng)包括:
[0035]S1、基于單目相機(jī)的位置姿態(tài)估計(jì):根據(jù)單目相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)，檢測(cè)圖像中的特征點(diǎn)，并將當(dāng)前幀特征點(diǎn)與上一幀圖像特征點(diǎn)進(jìn)行匹配；通過匹配的特征點(diǎn)，利用對(duì)極幾何，估計(jì)相機(jī)的運(yùn)動(dòng)，確定當(dāng)前幀相機(jī)的位置。
[0036]S2、基于相機(jī)與旋轉(zhuǎn)激光的三維點(diǎn)云生成:將激光放置在電機(jī)上，由電機(jī)帶動(dòng)激光旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過電機(jī)與激光之間的標(biāo)定，將激光數(shù)據(jù)投影到電機(jī)坐標(biāo)系下；再經(jīng)過與相機(jī)的標(biāo)定，將激光數(shù)據(jù)投影到圖像上獲得對(duì)應(yīng)的顏色信息，生成帶顏色的單幀激光數(shù)據(jù)。最后通過估計(jì)的位置姿態(tài)，生成對(duì)應(yīng)帶顏色的三維點(diǎn)云。
[0037]S3、基于三維點(diǎn)云的可通行區(qū)域評(píng)估:通過三維點(diǎn)云的形狀和顏色信息，將一些可穿透的物體濾除(例如雜草等)；將三維點(diǎn)云投影到二維柵格地圖上，依照三維點(diǎn)的高度對(duì)二維柵格圖的格點(diǎn)進(jìn)行賦值；再通過對(duì)于格點(diǎn)的高度以及相鄰格點(diǎn)間的高度差進(jìn)行可通行區(qū)域評(píng)估。
[0038]本發(fā)明包括一種基于旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)與相機(jī)的三維測(cè)量裝置，通過電機(jī)旋轉(zhuǎn)單線或四線激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)三維激光掃描，利用單目相機(jī)的圖像特征匹配估計(jì)平臺(tái)的位置姿態(tài)變化，通過運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償生成周邊環(huán)境的三維點(diǎn)云；一種行駛區(qū)域的三維評(píng)估方法，通過融合相機(jī)及激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，建立概率的穿越性分析，評(píng)估行駛區(qū)域。本發(fā)明裝置及系統(tǒng)相比國際上同類三維測(cè)量裝置具有廉價(jià)、國產(chǎn)化難度較低、易于維護(hù)、易于隱蔽等特點(diǎn)，可以有效地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜越野環(huán)境的行駛區(qū)域評(píng)估。
[0039]傳感器系統(tǒng):
[0040]本發(fā)明公開了一個(gè)車載三維測(cè)量系統(tǒng)裝置，包括三個(gè)傳感器:單目相機(jī)、激光掃描儀和旋轉(zhuǎn)電機(jī)。單目相機(jī)檢測(cè)環(huán)境圖像數(shù)據(jù)，用于估計(jì)裝置的運(yùn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)激光掃描儀轉(zhuǎn)動(dòng)，掃描環(huán)境的三維距離信息。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，單目相機(jī)使用的是PointGray公司生產(chǎn)的Flee2高清相機(jī)，分辨率為1024X768，幀率為1Hz ;激光掃描儀使用的是SICK公司生產(chǎn)的LD-MRS四線激光，掃描距離約為50米，掃描角度約為100度，幀率約為25Hz。電機(jī)使用的是MuscleCorporat1n公司生產(chǎn)的Cool Muscle電機(jī)。
[0041]整體上，單目相機(jī)與電機(jī)固定在同一個(gè)支架上，激光掃描儀固定在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上。這套裝置中，相機(jī)與電機(jī)固定，激光掃描儀可以上下旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過精細(xì)的標(biāo)定，可以計(jì)算出三個(gè)坐標(biāo)系的變換矩陣，從而把數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一個(gè)坐標(biāo)系下。
[0042]處理流程:
[0043]本發(fā)明的處理流程包括:基于單目相機(jī)的位置姿態(tài)估計(jì)、基于相機(jī)與旋轉(zhuǎn)激光的三維點(diǎn)云生成、基于三維點(diǎn)云的可通行區(qū)域評(píng)估。以下說明每一步的具體流程。
[0044]S11、特征點(diǎn)檢測(cè):在一幅圖像中，特征點(diǎn)為那些可以描述圖像特征的像素點(diǎn)，通常為圖像中物體的邊緣或角點(diǎn)。這些特征點(diǎn)是圖像很重要的特征，對(duì)圖像圖形的理解和分析有很重要的作用。檢測(cè)一幅圖像的特征點(diǎn)需要使用一些模板，對(duì)原圖像所有像素點(diǎn)逐個(gè)做濾波，然后抽取結(jié)果中數(shù)值最大和最小的一部分點(diǎn)作為特征點(diǎn)。模板的大小一般為3X3或5X5，算法復(fù)雜度較小，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)。在提取出特征點(diǎn)后，需要計(jì)算特征描述向量，該向量使用的模板會(huì)比檢測(cè)模板更大。最常用的SIFT特征描述向量使用16X16的模板，將其分為16個(gè)4X4的小模板，計(jì)算小模板的八個(gè)方向梯度，最終整合成128維的向量。
[0045]S12、特征點(diǎn)匹配:在檢測(cè)了相鄰兩幀圖像的特征點(diǎn)后，需要對(duì)其進(jìn)行匹配，以確定當(dāng)前幀圖像的特征點(diǎn)在前一幀圖像中的位置。在做特征點(diǎn)匹配時(shí)，利用檢測(cè)所得的特征描述向量，根據(jù)一定的距離度量函數(shù)，確定每個(gè)當(dāng)前幀特征點(diǎn)與前一幀特征點(diǎn)之間的距離。最后設(shè)定一個(gè)閾值，將距離小于該閾值的特征點(diǎn)對(duì)進(jìn)行匹配。
[0046]S13、相機(jī)運(yùn)動(dòng)估計(jì):在檢測(cè)和匹配特征點(diǎn)后，當(dāng)前幀圖像中的特征點(diǎn)在前一幀圖像中有對(duì)應(yīng)點(diǎn)。前后兩幀圖像中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)在真實(shí)場(chǎng)景中是同一個(gè)三維點(diǎn)，因此對(duì)相機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)有一定的約束。在確定至少5個(gè)這樣的約束條件下，相機(jī)的運(yùn)動(dòng)就可以被估計(jì)。通過隨機(jī)采樣的方法枚舉5個(gè)特征點(diǎn)對(duì)，使用對(duì)極幾何學(xué)的約束條件，列出方程組，計(jì)算相機(jī)運(yùn)動(dòng)。再使用剩余的特征點(diǎn)對(duì)所求解進(jìn)行度量。在隨機(jī)采樣一定次數(shù)后，選取度量最優(yōu)值對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)作為相機(jī)的最終運(yùn)動(dòng)。
[0047]S21、數(shù)據(jù)融合:激光掃描儀一次掃描可以檢測(cè)一個(gè)平面上的距離數(shù)據(jù)。通過檢測(cè)對(duì)應(yīng)時(shí)間下電機(jī)的轉(zhuǎn)角，將當(dāng)前幀的距離信息轉(zhuǎn)換到電機(jī)坐標(biāo)系下，生成對(duì)應(yīng)的三維激光點(diǎn)。同時(shí)，通過對(duì)相機(jī)、電機(jī)與激光掃描儀之間的標(biāo)定參數(shù)，將三維激光點(diǎn)投影到二維圖像平面上，獲取激光點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素值，從而得到激光點(diǎn)對(duì)應(yīng)的顏色信息。將三者數(shù)據(jù)融合，最終得到帶顏色信息的三維激光點(diǎn)數(shù)據(jù)。
[0048]S22、三維點(diǎn)云生成:利用裝置的標(biāo)定參數(shù)和所求的相機(jī)運(yùn)動(dòng)，可以得到不同時(shí)刻下該裝置的位置姿態(tài)。在裝置坐標(biāo)系下的三維激光點(diǎn)可以通過坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系下，從而將不同時(shí)刻的激光點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到同一個(gè)坐標(biāo)系下。經(jīng)過一定時(shí)間的積累，可生成帶顏色的三維點(diǎn)云。
[0049]S31、點(diǎn)云聚類:根據(jù)三維點(diǎn)云中點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離、顏色等信息進(jìn)行聚類。這里點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離采用歐式距離，顏色信息采用RGB顏色空間下的信息。如果兩點(diǎn)之間的距離小于一定閾值，且顏色接近，則認(rèn)為兩個(gè)點(diǎn)屬于同一個(gè)物體，聚成一類。
[0050]S32、可穿透物體濾除:點(diǎn)云聚類完成后，每一個(gè)聚類表示一個(gè)物體或者物體的一部分。在野外環(huán)境下，草叢等屬于可穿透區(qū)域。通過聚類后，草叢具有明顯的特征(例如表面毛糙、整體呈現(xiàn)綠色)，利用顏色和形狀信息，將草叢從點(diǎn)云中濾除，避免草叢對(duì)可行駛區(qū)域估計(jì)的影響。
[0051]S33、柵格地圖生成:將過濾后的三維點(diǎn)云投影到二維地圖上，依照三維點(diǎn)的高度對(duì)二維柵格圖的格點(diǎn)進(jìn)行賦值，得到對(duì)應(yīng)高程圖。由于在越野環(huán)境下有凹障礙的，且在程序運(yùn)行過程中難免會(huì)有誤差，如果只保留最高值，有可能將凹障礙掩蓋。因此，在每個(gè)柵格節(jié)點(diǎn)上，保留最聞值與最低值。
[0052]可通行區(qū)域評(píng)估:在柵格圖中，將高度差較小的相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聚類，然后擬合出路面。對(duì)于越野環(huán)境，影響可通行性的有三個(gè)因素:凸障礙、凹障礙和斜坡。凸障礙的特點(diǎn)是障礙物高于地面一定距離，且障礙物后方有一塊不可見區(qū)域；凹障礙的特點(diǎn)是障礙物低于地面一定距離，且障礙物處有一塊不可見區(qū)域；斜坡的特點(diǎn)是高度緩慢變化。因此，通過對(duì)于格點(diǎn)的高度以及相鄰格點(diǎn)間的高度差進(jìn)行分析，即可檢測(cè)障礙物與斜坡。根據(jù)車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，障礙物與斜坡是否影響通行具有一個(gè)概率分布。依照該概率分布，做出柵格中每個(gè)格點(diǎn)的可通行概率。在后續(xù)進(jìn)行軌跡規(guī)劃時(shí)，可以通過軌跡與地圖的通行概率進(jìn)行結(jié)合，計(jì)算可通行性。
[0053]最后應(yīng)說明的是:顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種車載三維測(cè)量系統(tǒng)裝置，其特征在于:包括單目相機(jī)、激光掃描儀、旋轉(zhuǎn)電機(jī)這三個(gè)傳感器；其中，單目相機(jī)檢測(cè)環(huán)境圖像數(shù)據(jù)，用于估計(jì)裝置的運(yùn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)激光掃描儀轉(zhuǎn)動(dòng)，掃描環(huán)境的三維距離信息；單目相機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定在同一個(gè)支架上，激光掃描儀固定在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上。
2.—種權(quán)利要求1所述裝置的應(yīng)用，其特征在于:包括以下步驟， 基于單目相機(jī)的位置姿態(tài)估計(jì):根據(jù)單目相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)，檢測(cè)圖像中的特征點(diǎn)，并將當(dāng)前幀特征點(diǎn)與上一幀圖像特征點(diǎn)進(jìn)行匹配；通過匹配的特征點(diǎn)，利用對(duì)極幾何，估計(jì)相機(jī)的運(yùn)動(dòng)，確定當(dāng)前幀相機(jī)的位置； 基于相機(jī)與旋轉(zhuǎn)激光的三維點(diǎn)云生成:將激光放置在電機(jī)上，由電機(jī)帶動(dòng)激光旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過電機(jī)與激光之間的標(biāo)定，將激光數(shù)據(jù)投影到電機(jī)坐標(biāo)系下；再經(jīng)過與相機(jī)的標(biāo)定，將激光數(shù)據(jù)投影到圖像上獲得對(duì)應(yīng)的顏色信息，生成帶顏色的單幀激光數(shù)據(jù)，最后通過估計(jì)的位置姿態(tài)，生成對(duì)應(yīng)帶顏色的三維點(diǎn)云； 基于三維點(diǎn)云的可通行區(qū)域評(píng)估:通過三維點(diǎn)云的形狀和顏色信息，將一些可穿透的物體濾除；將三維點(diǎn)云投影到二維柵格地圖上，依照三維點(diǎn)的高度對(duì)二維柵格圖的格點(diǎn)進(jìn)行賦值；再通過對(duì)于格點(diǎn)的高度以及相鄰格點(diǎn)間的高度差進(jìn)行可通行區(qū)域評(píng)估。
3.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于:所述基于單目相機(jī)的位置姿態(tài)估計(jì)包括， 特征點(diǎn)檢測(cè):在圖像上檢測(cè)具有可區(qū)分度的特征點(diǎn)，并計(jì)算特征點(diǎn)的特征描述向量； 特征點(diǎn)匹配:根據(jù)前后幀檢測(cè)到的特征點(diǎn)，定義距離函數(shù)，按照距離函數(shù)進(jìn)行匹配； 運(yùn)動(dòng)估計(jì):根據(jù)前后幀匹配的特征點(diǎn)，利用對(duì)極幾何，估計(jì)相機(jī)運(yùn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于:所述基于相機(jī)與旋轉(zhuǎn)激光的三維點(diǎn)云生成包括， 數(shù)據(jù)融合:通過電機(jī)、激光與圖像的標(biāo)定參數(shù)，融合三者的數(shù)據(jù)，生成單幀帶顏色的激光點(diǎn)數(shù)據(jù)； 三維點(diǎn)云生成:利用估計(jì)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，通過單幀的帶顏色激光點(diǎn)，生成帶顏色的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于:所述基于三維點(diǎn)云的可通行區(qū)域評(píng)估包括， 點(diǎn)云聚類:根據(jù)三維點(diǎn)云中點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離、顏色信息進(jìn)行聚類； 可穿透物體濾除:根據(jù)點(diǎn)云聚類檢測(cè)，依照一定的形狀、顏色特征，將一些可穿透的物體濾除； 柵格地圖生成:將過濾后的三維點(diǎn)云投影到二維地圖上，依照三維點(diǎn)的高度對(duì)二維柵格圖的格點(diǎn)進(jìn)行賦值，得到對(duì)應(yīng)高程圖； 可通行區(qū)域評(píng)估:通過對(duì)于格點(diǎn)的高度以及相鄰格點(diǎn)間的高度差進(jìn)行可通行區(qū)域評(píng)估。
【文檔編號(hào)】G01C3/00GK104374376SQ201410635872
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】俞毓鋒, 趙卉菁 申請(qǐng)人:北京大學(xué)