[发明专利]一种应用于移动机器人室外SLAM领域的HDR相机

说明书

本发明公开了一种应用于移动机器人室外SLAM领域的HDR相机，包括PCB基板、N组光学成像镜头、N片CMOS感光芯片、FPGA芯片以及镜头基座，N片CMOS感光芯片对称分布在PCB基板上，镜头基座的后侧面上开设有相互独立的N个暗室，自每个暗室底部向镜头基座前方开设有固定孔，N组光学成像镜头分别安装于固定孔中；镜头基座固定在PCB基板上，使每个CMOS感光芯片位于一个暗室中，且每个固定孔正对一个CMOS感光芯片；N片CMOS感光芯片通过PCB基板连接至FPGA芯片，FPGA芯片用于获取CMOS感光芯片采集的图像，并进行高动态范围图像的合成。本发明利用多CMOS同时曝光的方式采集不同曝光参数下的图像合成HDR图像，相比于传统的HDR成像方式，可以减小整体曝光时间，降低图像拖影现象的发生。

技术领域

本发明涉及移动机器人定位与导航领域，具体涉及一种应用于移动机器人室外同时定位与地图构建(SLAM)领域的高动态范围成像(HDR)相机。

背景技术

基于图像的定位算法是自主移动机器人领域内的热门问题，它是解决移动机器人运动规划与控制的前提条件。基于图像的同时定位与地图构建(SimultaneousLocalization and Mapping，SLAM)能够在未知的环境下，通过分析图像序列，在估计出机器人自身位姿的同时恢复出环境的地图。由于此技术只依赖机器人自身的图像传感器，不需要对环境改造和人工标记，同时相机具有成本较低等有点，因此SLAM技术得到了国内外的广泛关注。视觉SLAM主要依赖的传感器是相机，因此相机的成像质量直接关系着SLAM的定位精度。然而，在室外环境下，光线往往比较复杂，会存在背光、逆光的情况，同时普通的相机光宽容度有限，拍到的图像往往存在局部曝光过度以及局部曝光不足的情况，图像的细节不足，严重影响SLAM算法对特征点的提取；同时，传统相机如果工作下高动态范围图像(DHR)模式下，需要连续获得至少3张不同曝光参数的图像，然后进行合成，但是由于移动机器人运动的存在，在获取HDR图像的过程中机器人已经运动了一段距离，因此合成后的图像会存在模糊的情况。另外，高端的高光宽容度相机价格昂贵，应用在移动机器人上非常不经济。因此发明一种廉价的高动态范围相机对于SLAM的应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于移动机器人室外SLAM领域的HDR相机，主要用以解决传统相机光宽容度不足以及在HDR模式下会存在运动模糊的问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种应用于移动机器人室外SLAM领域的HDR相机，包括PCB基板、N组光学成像镜头、N片CMOS感光芯片、FPGA芯片以及镜头基座，其中：

所述N片CMOS感光芯片对称分布在所述PCB基板上，所述镜头基座的前侧面上设置有凸台，后侧面上开设有相互独立的N个暗室，自每个暗室底部向镜头基座前方开设有贯穿所述凸台的固定孔，所述N组光学成像镜头分别安装于所述固定孔中；

所述镜头基座固定在PCB基板上，使每个CMOS感光芯片位于一个暗室中，此时每个CMOS感光芯片处于密闭环境中，且每个所述固定孔正对一个CMOS感光芯片，从而使光学成像镜头与CMOS感光芯片一一对应；所述N片CMOS感光芯片通过PCB基板连接至所述FPGA芯片，FPGA芯片用于获取CMOS感光芯片采集的图像，并进行高动态范围图像的合成。

进一步地，所述的镜头基座的后侧面上设置有凹槽，在凹槽中通过肋板将凹槽分隔成所述相互独立的N个暗室。

进一步地，所述HDR相机还包括数据传输接口，所述FPGA芯片通过数据传输接口向外部传输数据。

进一步地，当FPGA芯片接收到外部发送的图像请求时，同时向N片CMOS感光芯片下达不同曝光时长的曝光指令，N片CMOS感光芯片分别通过对应光学成像镜头独立获取图像。