[发明专利]用于机器人的多传感立体视觉的方法、系统和设备

说明书

本发明的实施例包括适合用于机器人、导航、机器视觉、制造业及其它应用的多传感立体视觉传感器。在一些例子中，传感器包立体摄像机，其产生用于生成视差图的图像数据来确定场景中物体的位置和/或传感器自身的位置。该立体传感器可以包括图像传感器，其被固定于整体框架上来防止不希望的漂移，以及用于从处理器带走热量的导热板。该处理器可以提供一有效手段来在传感器上直接计算立体视差图。传感器还可以包括激光测距仪，该激光测距仪提供适用于校准该立体摄像机和在某些环境下改进其精度的距离数据。在一些例子中，该激光器耦接于主轴上，该主轴反过来由齿轮组通过滑动离合器驱动。

相关申请的交叉引用

本申请基于美国法典第35卷第119(e)节要求于2013年3月15日提交的、名称为“用于机器人的多传感立体视觉的方法、系统和设备”的美国临时申请第61/792,468号的优先权，该临时申请的全部内容通过引用方式并入本申请。

背景技术

三维(3D)传感在许多领域和环境下很有用处。其允许机器人、自动车辆、以及远程控制车辆安全行驶和穿过地形，避开静态障碍物如树木、建筑和陡降，以及动态障碍物如人、动物和车辆。3D传感还能够允许绘制机器人本地环境的地图和绘制更大周围区域的较大规模地图。在工业环境下，在此描述的三维传感器可以在机器周围建立静态的或适应性的安全防护帘，和/或计数或检查移动穿过自动装配线或生产线的部件。

高更新率的立体数据可以被用于感测待与之交互的近程障碍物、目标或物体。如果被安装作为人形机器人的“头部”，立体摄像机能够执行与人眼所做的完全一样的任务——建立人形机器人前方的实时3D模型表示，以允许进行反应性抓取、路径规划、步骤规划、物体识别、物体跟踪以及许多其它方式的3D计算。

发明内容

本发明的实施例包括组合立体视觉/激光测距传感器，其适用于机器人、导航、机器视觉、制造业以及其它应用。在一些情况下，这些传感器包括具有扫描激光的立体摄像机，其被用于提供视频图像、立体图像以及从激光测距测量结果取得的图像。这些传感器可以被用于计算动作，由此随着传感器相对于其周围环境移动(或者周围环境变化)，激光图像可以被不断的“拼接在一起”形成整体地图。另外，立体摄像机和激光测距仪可以被用于“自检”彼此的距离数据。这允许传感器检测某些种类的故障，且在一些情况下允许传感器自校准。

两个传感器可以具有补偿(offsetting)能力：激光测距仪可以在长距离(例如，大约0.5米到大约30米)以高准确度运行，具有相当低的数据速率(例如，大约43,000点/秒)，且可以很好地感测所有或差不多所有的表面，但是在穿过空气中的障碍，比如灰尘，进行成像时可能会遇到一些麻烦。立体摄像机速度可以较快(例如，大于15,000,000点/秒)，在短距离上运行(例如，大约0.5米至大约5.0米，以7.0cm为基线)，当穿过空气中的障碍进行成像时表现更好，但是可能不能感测到无特征表面的距离。

在一些实施例中，激光脉冲在空间和时间上彼此同步且与外部时钟同步。另外，激光脉冲和摄像机图像可以相对于彼此准确地定时。这将有助于校准。这还使利用激光数据构建准确的3D模型成为可能，即使是在传感器运动的情况下：由摄像机图像进行的动作估计能够补偿在获取激光测距仪数据点期间传感器的移动。

传感器的实施例可以包括集成于单个单元的元件，建立该单个单元是为了耐受各种环境，包括极端温度、机械冲击、震动以及湿度。特别是，摄像机/透镜设计可以被构建成对抗由于温度变化和/或机械冲击引起的失准的漂移。类似的，用于处理传感器数据的立体算法和控制可以被调整成用于在具有挑战性的环境下运行，例如照明不足和糟糕的天气状况，以及灰尘和其它空气中的颗粒。