基于同步定位绘图的空间测绘校准方法及空间测绘系统

技术领域

本申请涉及机器人领域，尤其涉及一种基于同步定位绘图的空间测绘校准方法及空间测绘校准系统。

背景技术

目前，头顶摄像头利用人工来确定画面内物体的实际空间坐标时，由于摄像头镜头畸变和光学透视导致操作人员不能直接简单的通过画面内物体所在的像素坐标点来推算实际空间坐标。现有技术方案需要通过实地测量获得空间中的物理坐标和头顶摄像头画面中的像素坐标的对应关系，通常采用人工方式进行，比如安排工作人员在一个头顶摄像头覆盖区域内来回走动，根据工作人员肩部的摄像头可识别标记来定位摄像头画面中的像素坐标，同时工作人员记录下当前所在的空间物理坐标，从而形成一组对应的测量数据，经过工作人员多次重复以上测量动作，形成多组具有映射关系的测量数据，再通过算法建立对应关系。

现有的测量方式虽然能够实现空间测绘，但是由于工作人员在测绘过程中，容易出现身体晃动会造成摄像头画面中的采样点漂移，记录当前空间物理坐标时引入的认为误差，随机性采样造成采样点不够密集等因素，造成所采集的数据含有较大误差，总体的测绘效果不理想，也会直接影响到测绘结果的应用。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种基于同步定位绘图的空间测绘校准方法及空间测绘校准系统，能够解决现有空间测绘中人工测绘训练成本高，测绘数据不精确的问题。

为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种基于同步定位绘图的空间测绘校准方法，包括：通过同步定位绘图方法，利用机器人对所在空间进行定位绘图，得到所在空间的地图，其中，机器人自动探索所在空间的2D地图；在所述地图上标注目标点位，以生成目标点位序列，目标点位尽量密集，例如，目前选择目标点位间隔30cm，也可以是更加密集的间隔，利用机器人依次访问所述目标点位，每到一个目标点位则通过所述机器人获取该目标点位的物理空间坐标，同时确定该机器人在摄像头画面中的位置以获取摄像头像素坐标，直至所述机器人遍历所述目标点位序列中的所有目标点位，其中，通过视觉标签，例如，AprilTag标记或二维码等，该机器人在摄像头画面中的像素坐标；确定所有的目标点位的物理空间坐标与摄像头像素坐标的映射关系，得到物理空间坐标和摄像头像素坐标的映射关系模型；基于所述映射关系模型对于空间测绘进行校准。

优选地，所述机器人利用激光雷达进行定位绘图。

优选地，所述激光雷达为单线或多线激光雷达。

优选地，所述目标点位之间间隔可以设置在5-50cm之间，优选地，可以设置为30cm。当然本申请的其他实施例中也可以设置低于5cm或大于50cm，在此并不作为限定。

通过所述机器人上的通过所述机器人上的视觉标签确定该机器人的在摄像头画面中的像素坐标和物理三维空间坐标。

第二方面，本申请实施例提供了一种空间测绘校准系统，包括机器人、用于拍摄所述机器人的摄像头以及控制机器人的控制装置，所述机器人包括：

定位绘图模块，用于通过同步定位绘图方法对所在空间进行定位绘图以得到所在空间的地图；

所述控制装置用于在所述地图上标注目标点位以生成目标点位序列，并控制所述机器人依次访问所述目标点位；

所述摄像头用于在所述机器人在到达每个目标点位时拍摄所述机器人，并记录机器人在所述摄像头画面中的像素坐标；

所述机器人通过所述定位绘图模块在所述机器人到达目标点位时向所述控制装置上报所述机器人的物理空间坐标，所述控制装置还用于确定所有的目标点位的物理空间坐标与所述摄像头像素坐标的映射关系，得到物理空间坐标和摄像头像素坐标的映射关系模型，基于所述映射关系模型对空间测绘进行校准。

优选地，所述定位绘图模块利用激光雷达进行定位绘图。

优选地，所述激光雷达为单线多线激光雷达。

优选地，所述目标点位之间间隔可以设置在5-50cm之间，优选地，可以设置为30cm。当然本申请的其他实施例中也可以设置低于5cm或大于50cm，在此并不作为限定。

通过所述定位绘图模块上的视觉标签确定的在摄像头画面中的像素坐标和物理三维空间坐标。

本申请的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：

根据本申请实施例的基于同步定位绘图的空间测绘校准方法及空间测绘机器人，能够通过机器人自动化空间测绘，机器人走位精准，避免人为晃动产生的定位误差，从而提高空间测绘结果精确度，解决现有空间测绘中人工测绘训练成本高，测绘数据不精确的问题。

附图说明

图1为本申请实施例的基于同步定位绘图的空间测绘校准方法的流程图；

图2为本申请实施例的空间测绘系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的内容更容易被清楚地理解，下面将结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

下面结合附图对本申请实施例的基于同步定位绘图的空间测绘校准方法进行描述，图1示出了基于同步定位绘图的空间测绘校准方法的流程图，如图1所示，该空间测绘校准方法包括如下步骤：

步骤S110，通过同步定位绘图方法，利用机器人对所在空间进行定位绘图，得到所在空间的地图。

具体地，机器人运用同步定位绘图方法，通过激光雷达探索所在空间进行定位绘图，探明全部可探索区域，绘制出所在空间的2D地图。其中，可以通过工作人员手持设备遥控并启动机器人，使机器人在启动后，自行利用同步定位绘图法，绘出初步的2D地图。

步骤S120，在地图上标注目标点位，以生成目标点位序列。利用上一步得到的空间2D地图，以一定的间隔生成目标点位，其中间隔可以设定为5-50cm等，也可以设置除此之外的其他数值，在此并不作为限定，例如，每30cm标注一个目标点位，目标点位均匀覆盖所在空间的2D地图。另外，用户可以按照自己需求添加或删除一些点位，例如，当用户判断2D地图某些区域需要进行更多的测量，可手动添加该区域的目标点位，从而保证了空间测绘的精准度。

步骤S130，利用机器人依次访问目标点位，每到一个目标点位则通过机器人获取该目标点位的物理空间坐标，同时确定该机器人在摄像头画面中的位置以获取摄像头像素坐标，直至机器人遍历目标点位序列中的所有目标点位，其中，机器人在依次走位到目标点位的过程中，通过内置导航组件以及同步定位绘图方法，例如，采用即时定位与地图构建(Simultaneous Localization And Mapping，SLAM)技术，获取自身的物理空间坐标，同时摄像头拍摄机器人上的视觉标签，例如AprilTag标记画面取得AprilTag在摄像头画面中的像素坐标，取得上述两组数据后机器人走位到下一个目标点位，重复上述过程获得当前目标点位的坐标对，直到机器人取得所有目标点位的坐标对。

步骤S140，确定所有的目标点位的物理空间坐标与摄像头像素坐标的映射关系，得到物理空间坐标和摄像头像素坐标的映射关系模型，其中，机器人走位遍历所有目标点位后取得完整的目标点位的坐标对，每一个目标点位取得机器机器人在目标点位的物理空间坐标和机器人视觉标签(例如AprilTag或二维码)在摄像头在画面中的像素坐标两组数据存储为一组坐标对，坐标对的格式可以选择JSON格式，根据所有目标点位获取的坐标对计算得到物理空间坐标和摄像头像素坐标的映射关系模型。

步骤S150，基于映射关系模型对空间测绘进行校准，以得到较高精度的空间测绘结果。

根据本申请的一个实施例，机器人利用激光雷达进行定位绘图，优选地，激光雷达为单线或多线激光雷达，能够得到精准的地图。

根据本申请的一个实施例，通过机器人上的视觉标签，例如AprilTag，确定该机器人在摄像头画面中的位置以获取摄像头像素坐标，其中，AprilTag标记位于机器人头部，可以正面朝向摄像头设置，以便于摄像头精准的拍摄该AprilTag标记并记录AprilTag标记的坐标对，其中，标记对应的坐标对包括摄像头画面中的像素坐标和物理三维空间坐标，进一步，通过物理空间坐标与摄像头像素坐标的映射关系，得到物理空间坐标和摄像头像素坐标的映射关系模型，并基于映射关系模型对空间测绘进行校准。

因此，通过上述基于同步定位绘图的空间测绘校准方法步骤，能够通过机器人自动化空间测绘，机器人走位精准，避免人为晃动产生的定位误差，从而提高空间测绘结果精确度，解决现有空间测绘中人工测绘训练成本高，测绘数据不精确的问题。

基于上面的描述，下面结合具体实施例对本申请的空间测绘机器人进行说明，图2为本申请实施例的空间测绘系统的结构示意图，如图2所示，本申请实施例的空间测绘系统包括机器人1002、用于拍摄机器人的摄像头1003以及控制机器人的控制装置1001，机器人1002包括：

定位绘图模块，用于通过同步定位绘图方法对所在空间进行定位绘图以得到所在空间的地图；

控制装置用于在地图上标注目标点位以生成目标点位序列，控制机器人1002依次访问目标点位；

摄像头1003用于在机器人在到达每个目标点位时拍摄机器人1002，并记录机器人1002在摄像头画面中的像素坐标；

机器人1002通过定位绘图模块在机器人1002到达目标点位时，将目标点位上报至控制装置，并得到即机器人1002的物理空间坐标，控制装置还用于确定所有的目标点位的物理空间坐标与摄像头像素坐标的映射关系，得到物理空间坐标和摄像头像素坐标的映射关系模型，基于映射关系模型对空间测绘进行校准。

优选地，定位绘图模块利用激光雷达进行定位绘图，优选地，激光雷达为单线或多线激光雷达。

优选地，目标点位之间间隔优选为30cm，本申请的其他实施例中，可以采用高于或低于30cm的间隔，例如可以是40cm和20cm，可以是系统中预先存储的间隔，也可以是根据需要工作人员自行设定，在此并不作为限定。

根据本申请的一个实施例，通过定位绘图模块上的视觉标签，如AprilTag标记确定该机器人1002在摄像头1003画面中的位置以获取摄像头像素坐标，AprilTag标记可以设置在机器人的支架上。

需要说明的是，本申请实施例提供的空间测绘系统各部件的工作流程在上述实施例中已详细的描述，具体可参见上述实施例的空间测绘校准方法，在此不在赘述。

本申请中，机器人可以通过可移动底盘行走，移动底盘通过伺服电机驱动，电机可以通过电机驱动板驱动，根据本申请实施例空间测绘系统的其他结构和操作对于本领域技术人员而言都是可以理解并且容易实现的，因此不再详细描述。

由此，根据本申请实施例的基于同步定位绘图的空间测绘校准方法及空间测绘机器人，能够通过机器人自动化空间测绘，机器人走位精准，避免人为晃动产生的定位误差，从而提高空间测绘结果精确度，解决现有空间测绘中人工测绘训练成本高，测绘数据不精确的问题。

以上所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。