一种融合多传感器的手持式SLAM装置及其控制方法制造方法及图纸

一种融合多传感器的手持式SLAM装置及其控制方法，包括GNSS/INS组合定位模块、GNSS柱状天线、16线激光雷达、彩色双目摄像头、处理器、平板显示器；GNSS柱状天线与GNSS/INS组合定位模块相连；GNSS/INS组合定位模块、16线激光雷达、彩色双目摄像头、平板显示器均与处理器相连接，可实现设备的小型化。本发明专利技术针对视觉在纹理较少的环境中无法进行特征点匹配，从而无法得到三维点在相机坐标系下的深度，激光虽然能够非常直接地测量到深度，但是无法捕捉空间中的纹理信息的问题，提出了在有限的硬件资源下基于正方形体素的建图方案，并利用彩色图像给进行点云上色的空间平面进行稠密重建。

【技术实现步骤摘要】
一种融合多传感器的手持式SLAM装置及其控制方法
本专利技术涉及融合多传感器的手持式终端的同步定位与建图方法的领域，特别是涉及一种融合多传感器的手持式SLAM装置及其控制方法。
技术介绍
土地资源调查目前多以卫星遥感数据为主，外业实地调查为辅。随着遥感技术的发展，高分遥感数据在其中扮演着越来越重要的作用，并且已被证明是一种最直接有效的方法。该项工作主要以遥感技术为依托，将同一空间不同时相的土地利用数据进行叠加对比分析，以发现地球表面变化，从时间、空间、数量及质量方面分析土地利用动态变化特征和未来发展趋势。但卫星遥感在村镇土地调查中存在以下缺点：1)覆盖面积越大，图像的局部信息越不明显；2)遥感卫星目前的资源是有限的，卫星过顶周期和过顶时间通常是固定的，对地观测的频度相对较低，对于突发性问题不能给出及时的遥感图像；3)获取的数据主要为二维平面数据，已不能满足土地资源调查管理和村镇规划建设的需要。而手持式SLAM(SimultaneousLoCalizationandMapping,同时定位与地图构建技术)装置是卫星遥感测量手段的有力补充，具有机动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种融合多传感器的手持式SLAM装置，包括装置主体、GNSS/INS组合定位模块(7)、GNSS柱状天线(1)、16线激光雷达(5)、彩色双目摄像头(2)、处理器(3)和平板显示器(6)，其特征在于：所述的GNSS柱状天线(1)与GNSS/INS组合定位模块(7)相连；所述的GNSS/INS组合定位模块(7)、16线激光雷达(5)、彩色双目摄像头(2)、平板显示器(6)均与处理器(3)相连接，所述装置主体前端有平板显示器(6)，所述装置主体内有GNSS/INS组合定位模块(7)和处理器(3)，所述装置主体上有GNSS柱状天线(1)和16线激光雷达(5)，所述装置主体上部后侧有彩色双目摄像头...

【技术特征摘要】
1.一种融合多传感器的手持式SLAM装置，包括装置主体、GNSS/INS组合定位模块(7)、GNSS柱状天线(1)、16线激光雷达(5)、彩色双目摄像头(2)、处理器(3)和平板显示器(6)，其特征在于：所述的GNSS柱状天线(1)与GNSS/INS组合定位模块(7)相连；所述的GNSS/INS组合定位模块(7)、16线激光雷达(5)、彩色双目摄像头(2)、平板显示器(6)均与处理器(3)相连接，所述装置主体前端有平板显示器(6)，所述装置主体内有GNSS/INS组合定位模块(7)和处理器(3)，所述装置主体上有GNSS柱状天线(1)和16线激光雷达(5)，所述装置主体上部后侧有彩色双目摄像头(2)。


2.根据权利要求1所述的一种融合多传感器的手持式SLAM装置，其特征在于：所述装置主体底部有手柄(4)。


3.一种融合多传感器的手持式SLAM装置的控制方法，具体步骤如下，其特征在于：
(一)基于16线激光雷达的位姿估计；
1)点云分割；
2)特征提取；
3)激光里程计；
(二)基于GNSS/INS组合定位模块的位姿估计；
1)GNSS双差相对定位GNSS-RTK；
2)基于加速度和角速度信息的位姿求解；
3)GNSS/INS松组合位姿求解；
(三)GNSS-激光/INS半紧融合位姿估计；
1)激光/INS紧融合位姿估计；
2)GNSS-激光/INSS松组合位姿求解；
(四)基于体素的可视化方案；
由于视觉在纹理较少的环境中无法进行特征点匹配，从而无法得到三维点在相机坐标系下的深度，激光虽然能够非常直接地测量到深度，但是无法捕捉空间中的纹理信息，针对视觉和激光各自的优缺点，在有限的硬件资源下基于正方形体素的建图，并结合彩色图像的色彩信息对体素点云进行上色，将将空间中的最小单位的体素代替传统三维重建中的面片，稠密化平面的点主要为通过三次区域增长得到的激光点和图像中与平面对应的像素点，首先，对于激光点需要将其投影到图像中获取灰度值；然后，对于图像的像素点需要与激光坐标系下的平面进行匹配；最后，计算与平面匹配成功的像素坐标深度。


4.根据权利要求3所述的一种融合多传感器的手持式SLAM装置的控制方法，其特征在于：步骤(一)基于16线激光雷达的位姿估计，具体步骤如下：
1)点云分割，将激光点云投影到距离图像上，利用竖直角度和阈值的判定来判断是否室地面点，从而分割出地面点和非地面点；对于非地面点使用BFS进行聚类处理，并设置相应的阈值，去除动态噪点；
2)特征提取，将距离图像水平均分为若干个子图像，令t时刻的点云集中的一个点，在其同一竖直方向上，左右各找5个点，构建集合S，则每个点的曲率C为：



其中，Rk为距离；
对于算出来的曲率值排序，设定阈值为Cth，若大于阈值，则为边缘点；反之，则为平面点，从每一行中选取不属于地面点，且具有最大C值的nFme个边缘点，组成集合Fme；从每一行中选取最小C值的nFmp个平面点，属于地面点或分割点都行，组成集合Fmp，再进行一次筛选，从集合Fme中选取不属于地面点，且具有最大C值的nFe个边缘点，组成集合Fe；从集合Fmp中选取属于地面点，且具有最小C值的nFp个平面点，组成集合Fp；
3)激光里程计，设定当前时刻为t，则上一时刻为t-1，选择特征点和以及t-1时刻的和构建的点到线的对应关系和的点到面的对应关系，利用LM优化计算的对应点约束，得到[tz,θroll,θpitch]；再利用LM优化计算的对应点约束，并结合[tz,θroll,θpitch]，从而得到[tx,ty,θyaw]，于是，就得到了载体局部坐标系下的位姿参数[tx,ty,tz,θroll,θpitch,θyaw]。


5.根据权利要求3所述的一种融合多传感器的手持式SLAM装置的控制方法，其特征在于：步骤(二)基于GNSS/INS组合定位模块的位姿估计，具体步骤如下：
1)GNSS双差相对定位GNSS-RTK，利用GNSS观测数据和GNSS差分数据，建立伪距和载波双差观测方程，令卫星s的瞬时坐标为Xs,Ys,Zs，测站r的近似坐标为其改正数为dx,dy,dz并线性化，简记为：






其中，表示站际星际双差算子；表示星际差分算子；s、r为卫星和测站编号；j为伪距或载波观测值类型j＝1，2，3；p为伪距观测值；为卫星与接收机之间的几何距离c为真空环境里的光速；δion、δtrop为电离层折射误差、对流层折射误差；λi载波波长；为载波相位观测值、整周模糊度；εP、为伪距、载波相位观测噪声；
先利用Lambda算法求解整周模糊度，再求解改正数dx,dy,dz，从而确定载体在GNSS坐标系下的坐标X,Y,Z：



2)基于加速度和角速度信息的位姿求解，首先，设INS坐标系为B，世界坐标系为W，设GNSS/INS组合定位模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：严超，王庆，刘玉，张昊，李明，许九婧，张波，
申请(专利权)人：东南大学，北京农业信息技术研究中心，
类型：发明
国别省市：江苏;32