[发明专利]一种视觉SLAM的认知点云地图创建系统

说明书

本发明公开了一种视觉SLAM的认知点云地图创建系统，利用视觉SLAM获取的图像位姿信息，不仅能估计出环境的较稠密的逆深度信息，而且能识别出环境中的感兴趣物体，创建出环境的认知点云地图。包括三个模块：系统启动模块，负责选取第一个关键帧；逆深度图估计模块，负责估计关键帧的逆深度图以及选取新的关键帧；地图模块，负责维护创建的认知点云地图，并在新关键帧加入地图中时识别关键帧中的感兴趣物体，同时负责地图创建的可视化显示。本发明利用图像信息创建环境的较稠密的认知点云地图，该地图可以实现移动机器人的定位、避障、自主导航以及三维环境重建，地图中的认知信息甚至可以用于实现移动机器人与人、移动机器人与环境的交互。

技术领域

本发明涉及视觉SLAM、逆深度估计、物体识别以及地图创建领域，尤其是指一种视觉SLAM的认知点云地图创建系统。

背景技术

同时定位与地图创建(Simultaneous Localization and Mapping，SLAM)是实现机器人智能感知的一种重要方式，1986年在IEEE机器人和自动化会议上被首次提出。在未知环境中，移动机器人通过自身搭载的传感器获取环境信息，并在运动过程中不断估计自身的位姿，同时对其周围环境创建地图。SLAM主要用于解决移动机器人的“定位”和“地图创建”，移动机器人一方面需要知道自己当前在地图的什么位置(定位)，另一方面又需要创建周围环境的地图(地图创建)。只通过相机获取环境信息的SLAM被称为视觉SLAM。由于相机价格低、功耗低、重量轻、体积小、图像信息丰富、存在于很多手持设备中，且技术难点大，所以视觉SLAM受到了国内外广大学者和专家的研究。

三维地图创建是视觉SLAM中的一个研究重点，地图能帮助移动机器人理解环境和执行任务，甚至能提供给人类，帮助人类认识和理解未知环境，这对视觉SLAM创建的地图提出了更高的要求。视觉SLAM主要包括定位和地图创建两部分，当前研究主要集中在如何提高定位准确度。当前视觉SLAM创建的地图还不能很好地用于移动机器人理解环境和执行任务，更不用说帮助人类理解未知环境。视觉SLAM创建的三维地图的最基本的功能应该是机器人的导航以及在机器人执行任务时用于路径规划和障碍躲避；其次，三维地图应该更进一步描述环境，具备一定的认知能力，用于提高机器人的智能化水平，如倒水、取物体以及更高水平的自主导航，认知地图在一定程度上也能帮助人类理解环境。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种准确性和实用性较强的视觉SLAM的认知点云地图创建系统，利用视觉SLAM获取的图像的位姿信息，实现环境的认知点云地图的创建，能够用于实现移动机器人的定位、避障、自主导航以及三维重建和人机交互等。

为了实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种视觉SLAM的认知点云地图创建系统，包括模块：

系统启动模块，负责选取第一个关键帧。

逆深度图估计模块，负责估计关键帧的逆深度图以及选取新的关键帧；

地图模块，负责维护创建的认知点云地图，并在新关键帧中识别感兴趣物体，同时负责地图创建的可视化显示。

在系统启动模块中，根据相机的运动幅度选取第一个关键帧，相机的运动幅度使用李代数se(3)表示的两帧图像之间的位姿变换来描述，包括以下步骤：

1.1)读取第一帧图像，将其作为第一个关键帧候选，只有当其满足一定的条件时才能真正地成为第一个关键帧；

1.2)读取下一帧图像，判断其与关键帧候选之间的运动幅度是否较小，具体操作如下：