使用运动和角转变对传感器进行位姿估计的系统和方法技术方案

技术编号:37471802 阅读:12 留言:0更新日期:2023-05-06 09:53
公开了一种用于两个或更多个传感器之间的相对位姿估计的方法和系统。该系统和方法可以包括接收时间帧;确定传感器中的至少两个的相对位姿在该时间帧内的预期变化和传感器中的至少两个的角方向之间的预期关系;由处理器为每个传感器运算位姿转变;为每个传感器运算时间帧内的传感器的角方向;基于角方向之间的预期关系比较在每个时间点处不同传感器的角方向之间的关系,以确定两个或更多个传感器的共同方向;基于相对位姿的预期变化比较两个或更多个传感器在不同时间点之间的共同方向;以及基于比较估计两个或更多个传感器之间的相对位姿。对位姿。对位姿。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用运动和角转变对传感器进行位姿估计的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年8月18日提交的名称为“POSE ESTIMATION OF SENSORS USING MOTION AND ANGULAR SHIFT(使用运动和角转变对传感器的位姿估计”的美国临时专利申请第63/066,840号的优先权权益,该专利申请以其整体通过引用并入本文。


[0003]本专利技术总体涉及传感器的位姿估计。更具体地,本专利技术涉及使用传感器的运动和角转变(angular shift)来估计传感器的相对位姿。

技术介绍

[0004]对于准确的世界表示系统,使用来自多个传感器(不同光谱、激光雷达(LIDAR)、雷达或诸如此类的图像)的数据融合。公共轴表示需要传感器的位姿估计。
[0005]一些现有的方案匹配或比较不同传感器看到的对象,但这种比较不可靠,尤其是当传感器属于不同类型或没有足够的共同视野时。此外,现有的方案没有充分利用运动中的受控的角转变。
[0006]本专利技术的一个目的是提供一种用于执行传感器的相对位姿估计并在必要时保持传感器的角转变的系统和方法。随着描述的进行,本专利技术的其他目的和优点将变得明显。

技术实现思路

[0007]本专利技术的各方面提供了一种用于两个或更多个传感器之间的相对位姿估计以便以公共轴表示来表示来自多个传感器的感测数据(例如,用于3D重建)的系统和方法。根据一些实施例的系统和方法可以包括由处理器接收由开始时间t1和结束时间t2定义的时间帧(time frame);接收时间帧内至少两个传感器的相对位姿的预期变化以及两个或更多个传感器中的至少两个的角方向之间的预期关系,其中角方向是平移方向与每个传感器在一个时间点处所面对的方向之间的俯仰角和偏航角;由处理器针对每个传感器从两个或更多个传感器运算位姿转变,其中每个传感器的位姿转变是开始时间t1和结束时间t2之间的俯仰角、偏航角和滚转角的差值;根据每个传感器的轴,为每个传感器运算在时间帧内的传感器的角方向;其中传感器的角转变是传感器的角方向在时间帧内的变化,并且其中角方向是相对于平移方向传感器面对方向与每个传感器的平移方向之间的俯仰角和偏航角;基于角方向之间的预期关系,比较在每个时间点处不同传感器的角方向之间的关系,以确定两个或更多个传感器的共同方向;基于相对位姿的预期变化,比较在不同时间点之间的两个或更多个传感器的共同方向;并且基于比较来估计两个或更多个传感器之间的相对位姿。
[0008]根据一些实施例,该系统和方法还可以包括基于两个或更多个传感器之间的估计的相对位姿,以公共轴表示来表示来自两个或更多个传感器的感测数据。可以通过不同时间帧中的估计结果的加权融合来估计相对位姿。例如,可以为在先前时间帧中进行的估计分配权重(例如,基于估计结果的置信水平),使得例如较早的估计具有比较晚的估计更低
的权重,并且在当前时间帧的结束时的相对位姿可以通过加权估计的融合(例如加权平均)来估计。
[0009]根据一些实施例,可以执行两个或更多个传感器之间的相对位姿的估计,而无需跨不同传感器的直接特征匹配,因此即使当传感器几乎没有共同视野时也可以执行。
[0010]根据一些实施例,基于深度图和/或点云进一步确定传感器之间的相对位姿和相对平移,深度图和/或点云由处理器基于来自两个或更多个传感器中的至少一个的数据创建。可以在估计相对位姿之后估计相对平移,例如,通过不同传感器之间的直接匹配或通过传感器中的两个或更多个之间的已知物理关系或通过检测传感器中的一些和车辆的部分之间的相对位姿或相对平移。例如,为了估计传感器A和B相对于车辆的部分的相对位姿,并且基于关于传感器与车辆的物理连接的假设(例如,传感器A粘附到车辆的右视镜,并且传感器B粘附到车辆的左视镜),可以确定传感器A和B在车辆部分(例如,车辆前部的标志或另一个明显对象)的轴系统中的位置。然而,相同轴系统中的传感器A和B的位姿(例如,偏航角、俯仰角和滚转角)是未知的。
[0011]根据一些实施例,例如,可以有两种方式来估计传感器A相对于车辆部分的相对位姿:(1)检测传感器A的数据帧中的车辆的部分(例如,汽车前面的标志);(2)假设A的平移方向与车辆部分的平移方向之间存在已知关系(例如它们相同),并且根据辅助传感器(例如车轮方向、陀螺仪、车辆计算机等)了解车辆部分的位姿转变。类似地,可以确定传感器B相对于车辆部分的相对位姿,并且因此确定传感器A和B的相对位姿。
[0012]根据一些实施例,位姿估计可以进一步包括通过传感器转变机构对两个或更多个传感器中的至少一个产生受控的角转变,该传感器转变机构被配置为以受控的方式产生角转变并且移动传感器中的一个或多个。根据一些实施例,传感器转变机构可以被配置为对所有两个或更多个传感器产生基本相同的转变。根据一些实施例,两个或更多个传感器中的每一个的角转变被单独控制。
[0013]根据一些实施例,位姿估计可以进一步基于两个或更多个传感器的角转变之间的先前已知关系。
[0014]根据一些实施例,两个或更多个传感器的产生的转变和移动之间的关系是已知的。传感器的转变机构可以被配置为基于估计结果的置信水平来控制两个或更多个传感器中的至少一个的转变。应当理解,关于滚转角的置信水平受开始时间和结束时间之间的角转变的大小的影响。术语“角转变”是指传感器的平移方向和传感器的面对方向之间的偏航角和/或俯仰角在时间帧内的变化。当角转变低于最小值时,滚转角估计的置信水平可能低,并且因此可以控制传感器的转变机构以增加角转变以改善置信水平。置信水平也可能受个体传感器的位姿转变的置信度、滚转估计的置信度、个体传感器的角方向之间假定关系的置信度的影响或者是其函数。
[0015]本领域技术人员应当理解,随着估计结果的置信度越高,估计误差越低,反之亦然。
[0016]至少两个传感器可以刚性地安装在移动底座上,并且根据一些实施例,可以被配置为允许机械和/或光学上的自感应移动。
附图说明
[0017]视为专利技术的主题在说明书的结论部分中被特别指出并且被明确要求保护。然而,关于组织和操作方法的本专利技术,连同其目的、特征和优点,可以在阅读附图时通过参考以下详细描述得到最好的理解。本专利技术的实施例通过示例而非限制的方式在附图中进行说明,其中相同的附图标记指示对应的、类似的或相似的元素,并且其中:
[0018]图1示出了根据本专利技术的实施例的示例性计算设备的高级框图;
[0019]图2示出了根据本专利技术的实施例的用于两个或更多个传感器之间的位姿估计的方法的示例实施方式;
[0020]图3示出了根据本专利技术的实施例的通过多重加权计算的提出的位姿估计的示例实施方式;
[0021]图4示出了根据一些实施例的在随时间跟踪特征时的提出的方法的示例实施方式;
[0022]图5示出了根据一些实施例的将立体深度估计配准到另一个传感器的提出的方法的示例实施方式;
[0023]图6A和图6B示出了根据本本文档来自技高网
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种两个或更多个传感器之间的相对位姿估计的方法,包括:接收由开始时间t1和结束时间t2定义的时间帧;确定所述时间帧内所述两个或更多个传感器中的至少两个的相对位姿的预期变化以及所述时间帧内所述两个或更多个传感器中的至少两个的角方向之间的预期关系,其中所述角方向是平移方向与每个传感器在一个时间点处所面对的方向之间的俯仰角和偏航角;由处理器针对每个传感器从所述两个或更多个传感器运算位姿转变,其中每个传感器的所述位姿转变是所述开始时间t1和所述结束时间t2之间的俯仰角、偏航角和滚转角的差值;根据每个传感器的轴,为每个传感器运算在所述时间帧内的所述传感器的角方向;基于所述角方向之间的预期关系,比较在每个时间点处不同传感器的角方向之间的关系,以确定所述两个或更多个传感器的共同方向;基于所述相对位姿的预期变化,比较在不同时间点之间的所述两个或更多个传感器的共同方向;以及基于所述比较来估计所述两个或更多个传感器之间的所述相对位姿。2.根据权利要求1所述的方法,还包括基于所述两个或更多个传感器之间的估计的相对位姿,以公共轴表示来表示来自所述两个或更多个传感器的感测数据。3.根据权利要求1

2中任一项所述的方法,其中所述相对位姿是通过对不同时间帧中的估计结果进行加权融合来估计的。4.根据权利要求1

3中任一项所述的方法,其中所述两个或更多个传感器之间的所述相对位姿的所述估计是在没有跨不同传感器的直接特征匹配的情况下执行的。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中基于由所述处理器创建的深度图、基于来自所述两个或更多个传感器中的至少一个的数据来进一步确定所述传感器之间的相对位姿和相对平移。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述位姿估计进一步包括通过传感器转变机构对所述两个或更多个传感器中的至少一个产生受控的角转变。7.根据权利要求6所述的方法,其中所述位姿估计进一步基于所述两个或更多个传感器的角转变之间的先前已知关系。8.根据权利要求6所述的方法,其中传感器转变机构被配置为对所述两个或更多个传感器的所有传感器产生基本相同的转变。9.根据权利要求6所述的方法,其中所述两个或更多个传感器中的每一个的所述角转变被单独控制。10.根据权利要求6

9中任一项所述的方法,其中所述两个或更多个传感器的产生的转变和移动之间的关系是已知的。11.根据权利要求6

10中任一项所述的方法,其中所述机构被配置为基于估计的置信水平来控制所述两个或更多个传感器中的至少一个的转变。12.根据权利要求11所述的方法,其中所述置信水平是基于所述两个或更多个传感器中的至少一个在所述时间帧的所述开始时间t1和所述结束时间t2之间的角转变大小确定的滚转估计置信水平。13.根据权利要求6所述的方法,其中所述至少两个传感器刚性地安装在移动底座上。
14.根据权利要求6所述的方法,其中所述至少两个传感器被配置为允许自感应移动。15.根据权利要求14所述的方法,其中所述自感应移动和角转变是机械的。16.根据权利要求14所述的方法,其中所述自感移动和角转变是光学的。17.根据权利要求6所述的方法,其中所述两个或更多个传感器中的至少一个包括一个或多个辅助传感器,所述辅助传感器被配置为监测所述至少一个传感器位姿的转变。18.根据权利要求17所述的方法,其中所述一个或多个辅助传感器选自由以下各项组成的列表:陀螺仪、车轮方向传感器、速度计和被配置为对所述至少两个传感器中的一个或多个成像的成像器。19.一种用于两个或更多个传感器之间...

【专利技术属性】
技术研发人员:O
申请(专利权)人:福飒特汽车有限公司
类型:发明
国别省市:

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