[发明专利]位移计算方法和设备及即时定位与地图构建方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及位移计算方法和设备以及即时定位与地图构建方法和设备。更具体地说，涉及能够提高精度和处理速度的位移计算方法和设备以及即时定位与地图构建方法和设备。

背景技术

即时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping，SLAM)是目前在机器人定位方面的热门研究课题。SLAM指的是机器人在自身位置不确定的条件下，在完全未知环境中创建地图，同时利用地图进行自主定位和导航。SLAM问题可以描述为：机器人在未知环境中从一个未知位置开始移动，在移动过程中根据位置估计和传感器数据进行自身定位，同时建造增量式地图。到目前为止，也取得了不少进展。

由于高计算复杂度，SLAM通常是非常耗时的处理。通过采用其他装置(如，相机和里程表)可以提高输出精度和处理速率(帧每秒，FPS)。

例如，在根据现有技术的SLAM中，可以不采用任何里程表而只采用单目相机或立体相机来跟踪路标(landmark)，并每隔一时间步长估计位移。这种方法的缺点在于：首先，由于高计算负荷使得这样的处理是非常耗时的；另外，精度也不高；最后，该方法还会受到背景光的限制，例如，在背景光较暗的情况下，效果不佳。

又如，在根据现有技术的SLAM中，可以使用电动机械的里程表来估计位移。然而，这种方法的缺点在于：首先，电动机械的设计和生产是非常复杂和昂贵的；其次，随着电动机械的里程表的使用和老化，稳定性降低；第三，这种电动机械的里程表仅适用于二维测量，不能用于三维测量；最后，电动机械的里程表的维护费用很高且很复杂。

发明内容

鉴于以上情形，期望提供一种方法以及基于该方法的设备，其能够通过采用惯导系统(Inertial Navigation System，INS)来改善在未知环境中对于移动对象(如，机器人或手持设备)的SLAM应用的性能。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种用于在即时定位与地图构建(SLAM)中计算一对象在空间未知环境中的位移的方法，包括如下步骤：

基于固定时间间隔δt重复地获得所述对象的加速度矢量α、姿态矢量β；

在时间t，根据测量的数据以及之前估计的瞬时速度V’(t-Δt)，获得该对象在从时间t-Δt到时间t的时间间隔Δt期间的位移ΔD(t)以及该对象在时间t的姿态矢量β(t)，其中Δt＝n·δt，n∈N；

基于由该对象上安装的图像采集单元拍摄的环境图像和姿态矢量β(t)，对于所述位移ΔD(t)进行滤波以获得ΔD’(t)；

根据滤波获得的ΔD’(t)更新瞬时速度V’(t)，并将所述瞬时速度V’(t)用于下一次位移计算。

优选地，在根据本发明实施例的方法中，根据如下公式计算位移ΔD(t)：