[发明专利]一种复杂环境三维重建方法和系统

说明书

本发明公开了一种复杂环境三维重建方法和系统，本申请的方法采用移动机器人，对目标环境进行环绕扫描，获得目标环境的全局体素数据，将全局体素数据划分为多个子场景，分别对各子场景分别进行分析与验证，在子场景符合设定条件时，结束对子场景的分析，进行场景融合，创建三维地图，获得三维重建模型。本申请的系统包括机器人、深度摄像装置、场景分析与重建中心，场景分析与重建中心采用三维重建方法实现对环境的三维重建。本申请通过将全局数据划分为多个子场景，对各子场景分别进行分析验证，避免了整体数据分析时数据庞大、内存需求高的困难，减少了内存占用，提高了分析精度，提供更加精确完整的三维重建模型。

技术领域

本发明涉及环境重建技术领域，尤其是涉及一种复杂环境三维重建方法和系统。

背景技术

三维重建是对物体建立适合计算机表示和处理的数学模型，并在计算机中表达客观世界的虚拟现实的关键技术。将三维重建技术应用到移动机器人上，在未知环境中机器人根据感知到的环境信息，对活动场所构建三维环境地图，精确的三维地图是确保机器人安全、稳定工作的前提，是目前服务类机器人研究中的热点问题。

美国斯坦福大学基于立体视觉原理，实现了移动机器人的三维环境重建；卡内基梅隆大学基于立体视觉实现了三维栅格的机器人空间感知和以激光、图像为源数据的三维室内重建，在机器人上配两个2D激光测距仪和一个摄像头，沿着测试场地采集100个不同视点的图像信息，利用立体匹配完成对室内环境的三维栅格地图建立，在摄像机附近清楚的地图下帮助机器人导航和执行动作；德国Andreas教授的Irma3D移动机器人通过Riegl VZ-400三维激光扫描仪获取室外环境点云数据对古建筑群实现了高精度的三维场景重现；德国Tubingen大学的Peter Biber等利用ActivMedia Peoplebot机器人结合全景相机实现对室内环境的三维重建等。

国内实现了在一个旋转平台上物体的重建，但由于旋转平台的转速影响重建的速度，且该方法只能对单一的小物体进行三维重建。

在fusion技术中，具有代表性的技术是KinectFusion实时三维扫描与重建技术，该技术是用Kinect摄像头作为扫描仪，以深度摄像机的位置作为坐标原点，将扫描获得的数据写入坐标系中，通过SLAM技术追踪摄像机的位置与姿态，根据扫描获得的实时场景数据融合到坐标系下，实现被扫描场景的三维模型构建。由于Kinect深度摄像机近距离的深度值比远距离的深度值更精确，因此KinectFusion给近距离的深度值更高的权重，对同一部分场景反复扫描获取多帧数据，根据权重平均值实现多帧数据的融合，通过反复更新扫描获得重建模型。

由于三维实时扫描的地图重建获得的模型是一个整体平滑图像，图像中各物体边缘直接相互连接，物体之间相互遮挡造成被遮挡区域的数据模型不完整，无法区分并提取场景中单独物体模型分析，因此，如何正确分割物体并去除支撑平面，只保留要分析的物体，并避免支撑面上较小或较薄的物体被误认为支撑平面或者直接被忽略，是日前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种复杂环境三维重建方法和系统，通过深度摄像图像获得全局体素数据，划分为多个子场景，对各子场景进行分割分析验证，满足条件后进行三维重建，将三维扫描与场景分析技术相结合，进行复杂环境的三维重建，实现了快速实时构建场景、物体的高质量模型。

本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种复杂环境三维重建方法，包括以下步骤：

S1、开始；

S2、对目标环境进行环绕扫描，获得目标环境的全局体素数据；

S3、将全局体素数据划分为至少二个子场景；

S4、对各子场景分别进行分析与验证；

S5、进行场景融合；

S6、创建三维地图；