[发明专利]使用多向相机评估封闭空间的尺寸

说明书

本文描述的特定实例涉及使用单目多向相机设备对诸如房间等封闭空间的尺寸进行估算。在实例中，通过诸如机器人设备执行相机设备在移动平面内围绕某点的移动。在移动过程中，使用单目多向相机设备在多个不同的角度位置获得图像序列(610)。根据图像序列确定姿势数据(620)。使用在图像序列内检测出的一组特征确定姿势数据。然后，通过评估图像序列与姿势数据的体积函数对深度值进行估算(630)。围绕相机设备的参考位置限定三维体积(640)，其中，三维体积在移动平面内具有二维多边形横截面。然后，将三维体积拟合成深度值(650)，以确定多边形横截面的尺寸。然后，这些尺寸提供对封闭空间的形状的估算。

技术领域

本发明涉及使用多向相机对空间进行映射。本发明具有使用单目多向相机基于从空间内捕获的图像数据估算封闭空间的一组尺寸的具体、但非排他性的实用性。

背景技术

诸如地板清洁机器人等低成本机器人设备通常依赖于有限的感知和简单的算法进行映射并且在特定情况下导航诸如室内房间等三维空间。例如，在一种情况下，机器人设备可以包括检测位于场地内一排的对象从而可以避开的红外传感器或超声波传感器。尽管已经围绕诸如同时定位与地图构建(SLAM)等技术做出了重大的进步，然而，许多解决方案依赖于研究实验室可用的大量计算资源。这使得难以将这些解决方案转化成控制现实世界商用机器人设备的嵌入式计算设备。此外，特定的解决方案需要诸如激光探测与测距-LADAR-传感器、结构化光传感器、或飞行时深度相机等一套专用的传感器设备。这些专用的传感器设备增加了支出与复杂性，使得其更不适合于现实世界的机器人应用。

US2010/0040279A1描述了一种构建三维网格地图而控制自动行进装置的方法与装置。在构建三维地图来确定无人车辆或移动机器人的当前位置与外围环境时，使用二维定位与三维图像复原更为快速地准确构建三维网格地图。然而，该解决方案要求使用包括至少两个独立的全向相机设备及对应的立体图像处理的立体全向相机。对于许多家用或低成本的机器人设备而言，这可能不切实际或不具有经济效益。

US2014/0037136A1描述了一种确定用于道路障碍物检测的车载相机的姿势的方法与系统。通过从一组初始图像确定点对应性，然后，将两点运动估算应用于点对应性以确定相机的一组初始姿势，获得可移动相机相对于环境的姿势。从该组初始姿势和点对应性生成点云。然后，对于每个下一图像，在更新点云的同时，确定点对应性和对应姿势。点云可用于检测机动车辆的环境中的障碍物。然而，其中描述的技术更为适合于诸如小汽车及访问引擎驱动的电源并且能够采用更大、更高规格的计算资源的其他机动车辆等大型设备。对于许多家用或低成本机器人设备而言，这可能不切实际或不具有经济效益。

US2013/0216098 Al描述了一种用于构建拥挤的三维空间(例如，有许多人的环境)的地图的技术。其包括：连续图像获取单元，获得在机器人移动时拍摄的图像；局部特征量提取单元，从图像中提取每个特征点的量；特征量匹配单元，执行输入图像中的量之间的匹配，其中，所述量通过提取单元提取；恒定特征量计算单元，通过匹配单元计算预定数目的图像间的匹配量的平均值作为恒定特征量；距离信息获取单元，在获得图像时基于机器人的位置计算与各个恒定特征量对应的距离信息；以及地图生成单元，将局部度量地图生成为复合地图。尽管本技术具有在拥挤空间使用时的优势，然而，其较不适合用于具有有限计算资源的嵌入式计算设备。

EP2854104A1描述了一种用于半密集的同时定位和映射的方法。在该方法中，对图像获取装置的姿势和深度信息进行估计。使通过确定深度信息而跟踪图像获取装置的位置和/或方位及进行映射的步骤交错。仅针对图像像素的子集，例如，仅对于强度变化足够高的那些像素，确定深度信息。

尽管上述所述技术对于具体情形具有特定优势，然而，它们通常很复杂并且需要密集性计算。这使得这些技术难以在例如小型的低成本家用机器人设备的嵌入式控制器上实现。因此，需要超越可用机器人设备的有限感知与简单算法同时具有实用性和通用性足以应用于这些相同的设备的控制技术。

发明内容