專利名稱：用于組合三維位置和二維強(qiáng)度地圖繪制進(jìn)行定位的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地圖繪制(mapping)技術(shù)，并且更具體而言涉及在定位系統(tǒng)中使用的地圖繪制技術(shù)。
背景技術(shù)：
自主車輛以及個(gè)人機(jī)器人必須在有人環(huán)境中安全操作。為了安全操作，要求對(duì)環(huán)境的精確感知以及環(huán)境內(nèi)的精確定位。在地圖繪制處理中使用所感知的二維和三維數(shù)據(jù)以在定位步驟中代表該環(huán)境。用于三維感知的當(dāng)前傳感器系統(tǒng)通常使用激光測(cè)距儀、立體照相機(jī)或者三維成像儀。這些傳感器通常非常昂貴并且在用于信號(hào)處理的計(jì)算處理功率方面要求苛刻。例如基于超聲傳感器或者單視覺的便宜定位系統(tǒng)必須假設(shè)旨在采用所述經(jīng)濟(jì)定位系統(tǒng)的環(huán)境的結(jié)構(gòu)。因此，這種便宜定位系統(tǒng)通常僅適用于最簡(jiǎn)單的環(huán)境或者它們經(jīng)歷由模型假設(shè)的違背導(dǎo)致的低穩(wěn)健性?，F(xiàn)有技術(shù)中既沒有公開也沒有建議克服利用已知地圖繪制方法引起的上述問題的一種地圖繪制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于對(duì)與其精確的三維位置相關(guān)聯(lián)的穩(wěn)健的二維強(qiáng)度特征進(jìn)行地圖繪制的方法，以用于高度精確和低成本定位系統(tǒng)。所述強(qiáng)度特征可以例如經(jīng)由尺度不變特征轉(zhuǎn)換(SIFT)、快速魯棒特征(SURF)、或者Calonder特征獲得。精確的三維位置可以例如通過校準(zhǔn)的激光雷達(dá)(LIDAR)系統(tǒng)獲得。為了能夠進(jìn)行低成本定位，本發(fā)明可以使用利用包括三維傳感器(例如，LIDAR)、 二維強(qiáng)度傳感器(例如，照相機(jī))和在期望全球坐標(biāo)時(shí)可能的定位傳感器(例如，航位推算系統(tǒng))的硬件裝置創(chuàng)建的地圖。本發(fā)明的新穎性特征在于地圖中二維強(qiáng)度特征與其三維位置的關(guān)聯(lián)性。然后可以利用低成本的單視場(chǎng)(monoscopic)強(qiáng)度傳感器安全地執(zhí)行與地圖繪制系統(tǒng)不同的用于車輛/機(jī)器人的實(shí)際定位。在本發(fā)明的一種形式中，本發(fā)明包括一種地圖繪制方法，所述地圖繪制方法包括使用第一移動(dòng)單元以在所述第一單元經(jīng)過表面的同時(shí)繪制(map) 二維特征。在所述繪制期間感測(cè)所述特征的三維位置。創(chuàng)建包括所述特征的所述三維位置與所述二維特征的地圖之間的關(guān)聯(lián)性的三維地圖(map)。從所述第一移動(dòng)單元向第二移動(dòng)單元提供所述三維地圖。 所述第二移動(dòng)單元用于在所述第二移動(dòng)單元經(jīng)過所述表面的同時(shí)繪制所述二維特征。在所述第二移動(dòng)單元內(nèi)并且通過使用所述三維地圖來確定通過所述第二移動(dòng)單元繪制的所述二維特征的三維位置。在本發(fā)明的另一形式中，本發(fā)明包括一種地圖繪制裝置，所述地圖繪制裝置包括第一移動(dòng)單元，所述第一移動(dòng)單元具有用于在所述第一移動(dòng)單元經(jīng)過表面的同時(shí)繪制二維特征的第一強(qiáng)度場(chǎng)傳感器。三維位置感測(cè)設(shè)備在所述強(qiáng)度場(chǎng)傳感器的所述繪制期間感測(cè)所述特征的三維位置。處理器與所述強(qiáng)度場(chǎng)傳感器和所述三維位置感測(cè)設(shè)備二者進(jìn)行通信。所述處理器創(chuàng)建包括所述特征的所述三維位置和所述二維特征的地圖之間的關(guān)聯(lián)性的三維地圖。發(fā)送設(shè)備與所述處理器進(jìn)行通信并且發(fā)送所述三維地圖。第二移動(dòng)單元包括用于接收來自所述第一移動(dòng)單元的所述三維地圖的接收設(shè)備。第二強(qiáng)度場(chǎng)傳感器在所述第二移動(dòng)單元經(jīng)過所述表面的同時(shí)繪制所述二維特征。處理器與所述強(qiáng)度場(chǎng)傳感器和所述接收設(shè)備二者進(jìn)行通信。所述處理器確定通過所述第二移動(dòng)單元繪制的所述二維特征的三維位置。在所述第二移動(dòng)單元內(nèi)并且通過使用所述三維地圖來執(zhí)行所述確定。在本發(fā)明的再一形式中，本發(fā)明包括一種地圖繪制方法，所述地圖繪制方法包括繪制道路的二維特征。在所述繪制期間感測(cè)所述特征的三維位置。確定所述道路的全球位置坐標(biāo)。創(chuàng)建包括所述特征的所述三維位置、所述二維特征的地圖、以及所述全球位置坐標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性的三維地圖。向機(jī)動(dòng)車輛提供所述三維地圖。所述車輛用于在所述車輛經(jīng)過所述道路的同時(shí)繪制所述二維特征。在所述機(jī)動(dòng)車輛經(jīng)過所述道路的同時(shí)跟蹤所述車輛的全球位置坐標(biāo)。將所述車輛的所述全球位置坐標(biāo)匹配到與所述三維地圖相關(guān)聯(lián)的所述全球位置坐標(biāo)。還匹配與所匹配的全球位置坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)的所述二維特征。在所述車輛內(nèi)并且通過使用與所匹配的二維特征相關(guān)聯(lián)的所述三維位置來確定所述車輛和通過所述車輛繪制的所述二維特征之間的距離。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于單個(gè)地圖繪制設(shè)備使得任意數(shù)量的機(jī)器人/車輛能夠在被繪制的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行安全且精確地導(dǎo)航。另一優(yōu)點(diǎn)在于，由于潛在的批量生產(chǎn)部件的集成，與用于地圖繪制和定位的當(dāng)前研發(fā)的系統(tǒng)相比較，存在顯著成本降低的潛力。


通過參考下面結(jié)合附圖給出的本發(fā)明實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述以及其它特征和目的，以及實(shí)現(xiàn)上述以及其它特征和目的的方式將變得更顯而易見，并且本發(fā)明本身將得到更好地理解，在附圖中圖1是示出了本發(fā)明的定位裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖加是由圖1的強(qiáng)度場(chǎng)傳感器創(chuàng)建的二維地圖的示例，其可以包括三維信息。圖2b是圖加的車輛的放大圖，示出了包括在其中的三維信息。圖3是經(jīng)由本發(fā)明的地圖繪制方法的一個(gè)實(shí)施例創(chuàng)建的地圖繪制的示例。圖4是經(jīng)由本發(fā)明的地圖繪制方法的另一實(shí)施例創(chuàng)建的地圖繪制的示例。圖5是本發(fā)明的地圖繪制方法的實(shí)施例的流程圖。圖6是本發(fā)明的地圖繪制方法的另一實(shí)施例的流程圖。在整個(gè)附圖中，相對(duì)應(yīng)的附圖標(biāo)記指代相應(yīng)的部件。盡管這里闡述的實(shí)例以幾種形式示出了本發(fā)明的實(shí)施例，但是下面公開的實(shí)施例并不旨在是排他性的或者被理解為將本發(fā)明的范圍局限到所公開的精確形式。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖，尤其參考圖1，示出了本發(fā)明的定位裝置10的一個(gè)實(shí)施例，該定位裝置包括經(jīng)由衛(wèi)星16進(jìn)行通信的第一車輛12以及第二車輛14。兩個(gè)車輛12和14都在道路17上行駛。車輛12包括三維傳感器18、強(qiáng)度場(chǎng)傳感器20、處理器22、天線M以及可選的全球定位系統(tǒng)(GPS)沈。三維傳感器18可以例如是LIDAR系統(tǒng)或者立體照相機(jī)的形式。 可以在車輛12的自適應(yīng)巡航控制(ACC)系統(tǒng)中同時(shí)采用LIDAR系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，強(qiáng)度場(chǎng)傳感器20可以是照相機(jī)的形式。處理器22可以是任意的標(biāo)準(zhǔn)微處理器。車輛14包括強(qiáng)度場(chǎng)傳感器120、處理器122、天線IM和可選的GPSU6。在一個(gè)實(shí)施例中，強(qiáng)度場(chǎng)傳感器120可以是照相機(jī)的形式。處理器122可以是任意的標(biāo)準(zhǔn)微處理器。 衛(wèi)星16可以是在GPS通信中使用的任意標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)星。盡管在圖1中將強(qiáng)度場(chǎng)傳感器20、120 和3D傳感器18示出為位于車輛的中間部分中，但是這些傳感器中的任意一個(gè)可以被有利地安裝在其各自車輛的前保險(xiǎn)杠中用于不使視場(chǎng)模糊。根據(jù)本發(fā)明的三維地圖繪制方法，三維傳感器18與強(qiáng)度場(chǎng)傳感器20組合，并且可能由諸如GPS沈形式的航位推算系統(tǒng)的定位設(shè)備支撐。用于繪制道路表面的系統(tǒng)可以包括高端LIDAR、GPS和慣性測(cè)量單元(IMU)傳感器。該系統(tǒng)能夠產(chǎn)生地面反射率的二維表面圖像，其具有道路表面的五厘米分辨率。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，擴(kuò)展該系統(tǒng)以創(chuàng)建三維表面網(wǎng)格。圖加示出了由強(qiáng)度場(chǎng)傳感器20創(chuàng)建的二維地圖的示例，其可以包括由LIDAR傳感器提供的三維信息。掃描處理可以將構(gòu)成三維地圖的三維數(shù)據(jù)點(diǎn)布設(shè)為類似柵格的結(jié)構(gòu)?？臻g中的每一個(gè)點(diǎn)可以由與激光束的兩個(gè)角度相關(guān)聯(lián)的距離值來表示。圖2b是圖加的車輛222的放大圖。如圖2b所示，通過在每一個(gè)角度方向上將每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與其相鄰的兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)連接來創(chuàng)建三角形網(wǎng)格，或者“3D表面網(wǎng)格”。出于說明目的，圖2b中標(biāo)示了三個(gè)這樣的數(shù)據(jù)點(diǎn)228。3D表面網(wǎng)格由三角面構(gòu)成，其中連接三個(gè)相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)228以創(chuàng)建更加復(fù)雜的三維表面的粗糙近似。根據(jù)本發(fā)明的特征關(guān)聯(lián)處理，二維強(qiáng)度場(chǎng)傳感器20與三維傳感器18對(duì)準(zhǔn)。因此， 可以例如對(duì)諸如經(jīng)由SIFT獲得的那些附加特征進(jìn)行記錄，將其與其三維位置相關(guān)聯(lián)并且存儲(chǔ)在地圖中。即使通過低成本照相系統(tǒng)也可以容易檢測(cè)這些附加特征。圖3中說明了在本發(fā)明的地圖繪制處理中與其三維位置相關(guān)聯(lián)的穩(wěn)健的二維強(qiáng)度特征的示例。在圖3中，小“X”代表與其三維位置相關(guān)聯(lián)并且存儲(chǔ)在地圖中的特征。典型地，關(guān)聯(lián)并且存儲(chǔ)比圖3中示出的更大數(shù)量的特征。然而，出于清晰說明目的，圖3中描述了較少數(shù)量的特征。根據(jù)本發(fā)明，圖3的地圖可以用于諸如車輛14(圖1)的另一車輛的定位。更具體而言，可以將圖3的三維地圖從車輛12上傳到衛(wèi)星16，如圖1中的箭頭30所示，并且然后可以將其從衛(wèi)星16下載到車輛14，如箭頭32所示。對(duì)于在圖3的先前創(chuàng)建的地圖上諸如車輛14的另一機(jī)器人/車輛的定位，強(qiáng)度場(chǎng)傳感器20可以是低成本單視場(chǎng)強(qiáng)度傳感器形式的。傳感器120可以與用于初始化的現(xiàn)有 GPS接收機(jī)1 組合。裝備有二維強(qiáng)度場(chǎng)傳感器120的諸如車輛14的汽車/機(jī)器人的位置可以從與由圖3中的小χ表示的發(fā)現(xiàn)匹配相關(guān)聯(lián)的三維位置獲得。在圖1-3中示出的特定實(shí)施例中，第一車輛12可以使用強(qiáng)度場(chǎng)傳感器20以收集二維數(shù)據(jù)，并且車輛12可以使用3D傳感器18以收集三維數(shù)據(jù)。如圖3所示，可以以存儲(chǔ)的3D地圖的形式與三維數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)二維數(shù)據(jù)?？梢詫⒃?D地圖以及由車輛12產(chǎn)生的其它3D地圖上傳到衛(wèi)星16?？梢耘c由GPS模塊沈確定的車輛12的全球地理坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)和上傳3D地圖。然后，可以由諸如車輛14的其它車輛使用由車輛12創(chuàng)建的3D地圖，以識(shí)別車輛 14和道路中某些地標(biāo)和/或標(biāo)記之間的距離。在一個(gè)實(shí)施例中，在車輛12位于車輛14所位于的大致相同的GPS坐標(biāo)處時(shí)，衛(wèi)星16將由車輛12收集的3D地圖下載到車輛14。在特定實(shí)施例中，車輛14向衛(wèi)星16發(fā)送其當(dāng)前GPS坐標(biāo)，并且衛(wèi)星16將來自車輛12的3D地圖下載到車輛14，衛(wèi)星16已經(jīng)大致與相同的GPS坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)所述3D地圖。在另一實(shí)施例中，處理器122訪問3D地圖的較大部分而不是僅與其當(dāng)前GPS位置相對(duì)應(yīng)的部分。在這種情況下，處理器122可以使用車輛14的當(dāng)前全球位置坐標(biāo)以識(shí)別三維地圖的相應(yīng)部分。接收了大致與其當(dāng)前全球地理坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)的3D地圖之后，車輛14的處理器122 可以將由強(qiáng)度場(chǎng)傳感器120收集的數(shù)據(jù)與所接收的3D地圖中的二維數(shù)據(jù)相匹配。例如，處理器122可以使用邊緣檢測(cè)或者其它圖像處理技術(shù)以將諸如數(shù)據(jù)點(diǎn)334(圖幻的數(shù)據(jù)點(diǎn)、 或者包括數(shù)據(jù)點(diǎn)334的數(shù)據(jù)點(diǎn)的組與由強(qiáng)度場(chǎng)傳感器120收集的數(shù)據(jù)點(diǎn)或者數(shù)據(jù)點(diǎn)的組相匹配。更通常地，處理器122可以將由強(qiáng)度場(chǎng)傳感器120收集的數(shù)據(jù)點(diǎn)的組與接收的3D地圖中的二維數(shù)據(jù)點(diǎn)的組相匹配。在將由強(qiáng)度場(chǎng)傳感器120收集的數(shù)據(jù)點(diǎn)的組與3D地圖中的數(shù)據(jù)點(diǎn)的組相匹配之后，處理器122然后可以將由強(qiáng)度場(chǎng)傳感器120收集的數(shù)據(jù)點(diǎn)的更小組或者甚至是單獨(dú)的數(shù)據(jù)點(diǎn)與3D地圖中的數(shù)據(jù)點(diǎn)的更小組或者甚至是單獨(dú)的數(shù)據(jù)點(diǎn)相匹配。在找到傳感器120收集的數(shù)據(jù)中的與3D地圖中的點(diǎn)334相對(duì)應(yīng)的2D數(shù)據(jù)點(diǎn)或者 2D數(shù)據(jù)點(diǎn)的組之后，處理器122可以然后確定車輛14和對(duì)應(yīng)于點(diǎn)334的2D數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的距離和可能方向。即，處理器122可以使用3D地圖來確定車輛12與點(diǎn)334之間的距離和方向。處理器122可以然后使用所確定的車輛12和點(diǎn)334之間的距離和方向作為車輛14 和由傳感器120收集的與點(diǎn)334相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)之間的距離和方向的代理。處理器122可以然后在諸如自動(dòng)導(dǎo)航和/或防撞算法的各種潛在應(yīng)用中使用所估計(jì)的距離。在圖1的實(shí)施例中，將衛(wèi)星16示出為接收三維地圖并且將其轉(zhuǎn)發(fā)到另一車輛。然而，在另一實(shí)施例中，衛(wèi)星16僅用于使得車輛能夠確定其全球坐標(biāo)。經(jīng)由射頻向地面中心辦公室發(fā)送三維地圖并且然后經(jīng)由射頻將該三維地圖轉(zhuǎn)發(fā)到其它車輛。在另一實(shí)施例中， 將三維地圖存儲(chǔ)在創(chuàng)建該地圖的車輛中的存儲(chǔ)器設(shè)備上。然后可以將存儲(chǔ)器設(shè)備轉(zhuǎn)移到另一車輛，或者可以將該存儲(chǔ)器設(shè)備的內(nèi)容拷貝到其它車輛。在圖1-3中，將本發(fā)明描述為應(yīng)用于由動(dòng)態(tài)和經(jīng)常改變的交通環(huán)境(S卩，其它移動(dòng)車輛)圍繞的行駛的機(jī)動(dòng)車輛。然而，本發(fā)明也可以應(yīng)用于在基本上靜態(tài)的環(huán)境中操作的機(jī)器人或者其它類型的移動(dòng)車輛，例如機(jī)器人割草機(jī)或者機(jī)器人吸塵器。例如，圖4示出了由機(jī)器人吸塵器創(chuàng)建的走廊的3D地圖。代替繪制諸如機(jī)動(dòng)車輛的移動(dòng)物體，機(jī)器人吸塵器可以創(chuàng)建固定物和諸如盆栽436的相對(duì)靜止的對(duì)象的3D地圖。在導(dǎo)航其走廊的清掃時(shí)，該 3D地圖可以由創(chuàng)建該3D地圖的相同吸塵器使用，或者可以由不同的吸塵器使用。在一個(gè)實(shí)施例中，由專門設(shè)置用于創(chuàng)建3D地圖目的的機(jī)器人創(chuàng)建該3D地圖。與是否由專用機(jī)器人或者由不同的吸塵器創(chuàng)建無關(guān)，可以將該3D地圖從地圖創(chuàng)建實(shí)體直接電學(xué)發(fā)送到使用該3D地圖的吸塵器?？梢詿o線或者經(jīng)由地圖創(chuàng)建實(shí)體和使用該3D地圖的吸塵器之間的硬連線連接來執(zhí)行3D地圖的發(fā)送。在一個(gè)實(shí)施例中，清掃走廊的吸塵器包括收集圖4所示的走廊的二維圖像數(shù)據(jù)的強(qiáng)度場(chǎng)傳感器。不是使用GPS來確定吸塵器的當(dāng)前位置，吸塵器的處理器可以跟蹤其相對(duì)于吸塵器識(shí)別和經(jīng)過的最后地標(biāo)的位置。例如，吸塵器的輪可以由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且處理器可以跟蹤步進(jìn)電機(jī)自從一感測(cè)到先前的地標(biāo)就開始的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。可以與所收集的相應(yīng)二維圖像數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)該步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。如在圖1-3的先前實(shí)施例中所示，可以將走廊的二維圖像數(shù)據(jù)與3D地圖的二維數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。在識(shí)別二維數(shù)據(jù)的匹配組時(shí)，可以通過吸塵器提取與二維數(shù)據(jù)的匹配組相對(duì)應(yīng)的3D地圖的三維數(shù)據(jù)。吸塵器可以使用該3D地圖的三維數(shù)據(jù)以確定該吸塵器和地標(biāo) (例如墻角或者門框)以及要被清掃的區(qū)域中的障礙物(例如盆栽436)之間的距離和方向。吸塵器可以操縱自身或者以其它方式導(dǎo)航所繪制的區(qū)域以避免與障礙物碰撞，并且也計(jì)劃其路線以最有效地覆蓋要待清掃的整個(gè)區(qū)域。在另一實(shí)施例中，通過人操作者操作和操縱創(chuàng)建該三維地圖的吸塵器，并且由不需要人操作的機(jī)器人吸塵器使用所產(chǎn)生的三維地圖。本發(fā)明可應(yīng)用于其它應(yīng)用，諸如割草機(jī)，其中在人導(dǎo)引下執(zhí)行創(chuàng)建三維地圖的第一次通過，并且使用該三維地圖的隨后通過采用沒有人輸入的自動(dòng)導(dǎo)航。在一個(gè)特定實(shí)施例中，本發(fā)明的方法應(yīng)用于導(dǎo)航導(dǎo)引。本發(fā)明可以使具有相對(duì)低成本照相機(jī)系統(tǒng)的車輛能夠執(zhí)行相對(duì)于預(yù)紀(jì)錄地圖的車道精確定位?，F(xiàn)有技術(shù)的車內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)僅提供絕對(duì)的驅(qū)動(dòng)建議(例如“改變到第二車道”)而不參考車輛的當(dāng)前位置。相比而言，本發(fā)明增加的定位精確度能夠以“改變到您的左側(cè)車道”方式的更自然的交互來參考當(dāng)前車輛位置。在另一特定實(shí)施例中，本發(fā)明的方法提供增加的導(dǎo)航穩(wěn)健性?，F(xiàn)有技術(shù)基于GPS 的導(dǎo)航系統(tǒng)經(jīng)歷多路徑錯(cuò)誤以及隧道和“城市峽谷”中的接收丟失。為了克服該問題，測(cè)程傳感器用于短期穩(wěn)定。然而，如果GPS接收在幾分鐘內(nèi)不充分或者不可用，則定位精確度由于漂移誤差而急劇降低。由于本發(fā)明的定位方法不要求與衛(wèi)星進(jìn)行基本連續(xù)的通信，并且表現(xiàn)出改善的漂移特性，因此能夠顯著延長(zhǎng)沒有GPS的安全(即，局部)驅(qū)動(dòng)的時(shí)間段。在再一特定實(shí)施例中，本發(fā)明的方法應(yīng)用于個(gè)人機(jī)器人技術(shù)。本發(fā)明的機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用包括室內(nèi)監(jiān)控、草坪割草、工業(yè)環(huán)境下的運(yùn)輸以及房屋清潔。這些應(yīng)用的共同點(diǎn)是其環(huán)境(例如辦公室、花園、房屋、工廠、倉庫)不快速改變。因此，可能每年僅需要幾次繪制 (例如通過公司提供地圖繪制服務(wù)或者租賃地圖繪制設(shè)備)。該地圖繪制使得能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)可能的幾個(gè)機(jī)器人的日常定位。由于三維位置從三維地圖可直接訪問，因此本發(fā)明提供的三維地標(biāo)的關(guān)聯(lián)和繪制可以比純二維圖像特征有利。因此，不需要地平面假設(shè)，并且不必采用計(jì)算昂貴的從運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)(structure-from-motion)方法。在再一特定實(shí)施例中，本發(fā)明的方法為個(gè)人機(jī)器人技術(shù)提供了低成本系統(tǒng)。該領(lǐng)域中的應(yīng)用包括房屋周圍的任務(wù)，例如洗滌、將對(duì)象放置在其指定位置中、干洗衣服以及房屋清掃。其它應(yīng)用服務(wù)于老齡化人群，例如搬運(yùn)重東西、記住東西在哪里、獲取物品、準(zhǔn)備食物和洗澡。另一應(yīng)用幫助殘疾人，例如通過遠(yuǎn)程操控、喂食、做家務(wù)以及監(jiān)測(cè)健康和活動(dòng)。再一應(yīng)用涉及商業(yè)操作，例如挑選和包裝、為雜貨店供貨、跟蹤庫存、獲取物品以及維持可搜索的物理文件系統(tǒng)。圖5中示出了本發(fā)明的地圖繪制方法500的一個(gè)實(shí)施例。在第一步驟502中，第一移動(dòng)單元用于在該第一移動(dòng)單元經(jīng)過表面的同時(shí)繪制二維特征。例如車輛12 (圖1)形式的移動(dòng)單元可以包括在車輛12經(jīng)過道路217的同時(shí)繪制圖加所示的二維特征的強(qiáng)度場(chǎng)傳感器20。在第二步驟504中，感測(cè)該特征的三維位置，在繪制期間發(fā)生該感測(cè)。例如，車輛 12可以包括諸如3D傳感器18的三維傳感器，并且該3D傳感器18可以在由強(qiáng)度場(chǎng)傳感器 20執(zhí)行的繪制期間感測(cè)所述特征和車輛12之間的距離。在步驟506中，創(chuàng)建包括該特征的三維位置和二維特征的地圖之間的關(guān)聯(lián)的三維地圖。例如，可以創(chuàng)建如圖2b所示的三維地圖，并且該地圖繪制可以包括所存儲(chǔ)的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)2 與圖加的二維地圖上的各自點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性。例如，可以與圖加的二維地圖的點(diǎn)22 相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)圖2b的三維地圖中的數(shù)據(jù)點(diǎn)228i的三維位置。在接下來的步驟508中，將來自第一移動(dòng)單元的三維地圖提供到第二移動(dòng)單元。 例如，如圖1所示，可以經(jīng)由衛(wèi)星16將來自車輛12的3D地圖提供到車輛14。在其它實(shí)施例中，可以經(jīng)由射頻信號(hào)將來自車輛12的3D地圖上傳到地面中心收集器并且經(jīng)由射頻信號(hào)將其從該收集器下載到車輛14?？蛇x地，可以經(jīng)由電導(dǎo)體將來自車輛12的3D地圖發(fā)送到車輛14。在再一實(shí)施例中，可以將來自車輛12的3D地圖存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器設(shè)備上并且隨后將該存儲(chǔ)器設(shè)備安裝在車輛14中。接下來，在步驟510中，第二移動(dòng)單元用于在該第二移動(dòng)單元經(jīng)過該表面的同時(shí)繪制該二維特征。在圖1的實(shí)施例中，車輛14包括強(qiáng)度場(chǎng)傳感器120，其用于繪制道路217 的二維特征，從而在車輛14在道路217上行駛的同時(shí)創(chuàng)建與圖加所示的地圖類似的地圖。在最后步驟512中，在第二移動(dòng)單元內(nèi)并且通過使用三維地圖來確定由第二移動(dòng)單元繪制的二維特征的三維位置。例如，車輛14的處理器122可以將通過車輛14繪制的二維特征與包括在所接收的三維地圖中的二維特征相匹配?？梢岳眠吘墮z測(cè)或者一些其它圖像處理算法來執(zhí)行這種匹配。在三維地圖中找到相對(duì)應(yīng)的二維特征之后，車輛14可以使用在三維地圖中提供的匹配的2D特征的三維位置作為通過車輛14繪制的匹配的2D特征的三維位置的代理。圖6中示出了本發(fā)明的地圖繪制方法600的另一實(shí)施例。在第一步驟602中，繪制道路的二維特征。例如，車輛12(圖1)可以包括在車輛12經(jīng)過道路217的同時(shí)繪制圖 2a所示的二維特征的強(qiáng)度場(chǎng)傳感器20。在第二步驟604中，在繪制期間感測(cè)該特征的三維位置。例如，車輛12可以包括諸如3D傳感器18的三維傳感器，并且該3D傳感器18可以在由強(qiáng)度場(chǎng)傳感器20執(zhí)行的繪制期間感測(cè)該特征與車輛12之間的距離。在步驟606中，確定道路的全球位置坐標(biāo)。例如，車輛12可以包括GPS模塊沈，所述GPS模塊沈經(jīng)由GPS模塊沈與衛(wèi)星16之間或者GPS模塊沈與專用GPS衛(wèi)星之間的通信而連續(xù)跟蹤其全球位置坐標(biāo)。在接下來的步驟608中，創(chuàng)建包括特征的三維位置、二維特征的地圖以及全球位置坐標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性的三維地圖。例如，可以創(chuàng)建如圖2b中示出的三維地圖，并且地圖繪制可以包括所存儲(chǔ)的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)228、圖加的二維地圖上的各自點(diǎn)、以及所述點(diǎn)的GPS坐標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性。例如，可以與圖加的二維地圖的點(diǎn)22 相關(guān)聯(lián)地，并且與GPS坐標(biāo)的單個(gè)集合相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)圖2b的三維地圖中的數(shù)據(jù)點(diǎn)228i的三維位置，所述GPS坐標(biāo)的單個(gè)集合與由GPS模塊沈確定的點(diǎn)2^i、22&相關(guān)聯(lián)。接下來，在步驟610中，向機(jī)動(dòng)車輛提供三維地圖。例如，如圖1所示，經(jīng)由衛(wèi)星16 將來自車輛12的3D地圖提供至車輛14。在其它實(shí)施例中，可以經(jīng)由射頻信號(hào)將來自車輛 12的3D地圖上傳到地面中心收集器并且經(jīng)由射頻信號(hào)將其從收集器下載到車輛14?？蛇x地，可以經(jīng)由電導(dǎo)體將來自車輛12的3D地圖發(fā)送到車輛14。在再一實(shí)施例中，可以將來自車輛12的3D地圖存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器設(shè)備上并且隨后將該存儲(chǔ)器設(shè)備安裝在車輛14中。在接下來的步驟612中，所述車輛用于在所述車輛經(jīng)過道路的同時(shí)繪制所述二維特征。在圖1的實(shí)施例中，車輛14包括強(qiáng)度場(chǎng)傳感器120，其用于繪制道路217的二維特征，從而在車輛14在道路217上行駛的同時(shí)創(chuàng)建與圖加所示的地圖類似的地圖。接下來，在步驟614中，在機(jī)動(dòng)車輛經(jīng)過道路的同時(shí)跟蹤車輛的全球位置坐標(biāo)。 艮口，車輛14可以包括GPS模塊126，在車輛14沿著道路217行駛的同時(shí)，GPS模塊1 經(jīng)由 GPS模塊1 和衛(wèi)星16之間或者GPS模塊1 和專用GPS衛(wèi)星之間的通信連續(xù)跟蹤其全球位置坐標(biāo)。在接下來的步驟616中，將車輛的全球位置坐標(biāo)匹配到與三維地圖相關(guān)聯(lián)的全球位置坐標(biāo)。例如，可以識(shí)別所接收的三維地圖中與車輛14的當(dāng)前GPS坐標(biāo)相匹配或者相接近的GPS全球坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)的部分。在步驟618中，匹配與所匹配的全球位置坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)的二維特征。即，所接收的三維地圖中與車輛14的當(dāng)前GPS全球坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)的部分可以包括同樣通過車輛14的強(qiáng)度場(chǎng)傳感器120當(dāng)前繪制的二維特征。可以經(jīng)由模式匹配、邊緣檢測(cè)或者一些其它圖像處理算法通過處理器122將位于三維地圖中以及通過強(qiáng)度場(chǎng)傳感器120當(dāng)前繪制的這些二維特征匹配到一起。在最后的步驟620中，在所述車輛內(nèi)并且通過使用與所匹配的二維特征相關(guān)聯(lián)的三維位置確定所述車輛與通過所述車輛繪制的二維特征之間的距離。例如，在三維地圖中找到相對(duì)應(yīng)的二維特征之后，車輛14可以使用在三維地圖中提供的匹配的二維特征的三維位置作為通過車輛14繪制的匹配的二維特征的三維位置的代理?？梢栽?D地圖中按照車輛12與2D特征之間的距離表示匹配的二維特征的三維位置。因此，車輛14可以使用車輛12和2D特征之間的距離作為車輛14和2D特征之間的當(dāng)前距離的代理。這里主要結(jié)合在道路上行駛的機(jī)動(dòng)車輛的地圖繪制描述了本發(fā)明。然而，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明可應(yīng)用于駕駛員輔助自主驅(qū)動(dòng)、機(jī)器人技術(shù)、地圖繪制和三維定位領(lǐng)域中的全部產(chǎn)品。盡管將本發(fā)明描述為具有示例性設(shè)計(jì)，但是可以在本公開的精神和范圍內(nèi)進(jìn)一步修改本發(fā)明。因此，本申請(qǐng)旨在覆蓋使用其通用原理的本發(fā)明的任何變化、使用或者修改。
權(quán)利要求
1.一種地圖繪制方法，包括使用第一移動(dòng)單元以在所述第一單元經(jīng)過表面的同時(shí)繪制二維特征； 感測(cè)所述特征的三維位置，在所述繪制期間進(jìn)行所述感測(cè)；創(chuàng)建包括所述特征的所述三維位置與所述二維特征的地圖之間的關(guān)聯(lián)性的三維地圖；從所述第一移動(dòng)單元向第二移動(dòng)單元提供所述三維地圖；使用所述第二移動(dòng)單元以在所述第二移動(dòng)單元經(jīng)過所述表面的同時(shí)繪制所述二維特征；并且確定通過所述第二移動(dòng)單元繪制的所述二維特征的三維位置，在所述第二移動(dòng)單元內(nèi)并且通過使用所述三維地圖來執(zhí)行所述確定。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第一強(qiáng)度場(chǎng)傳感器用于在所述第一移動(dòng)單元經(jīng)過所述表面的同時(shí)繪制所述二維特征。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中第二強(qiáng)度場(chǎng)傳感器用于在所述第二移動(dòng)單元經(jīng)過所述表面的同時(shí)繪制所述二維特征。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述特征的所述三維位置由LIDAR和立體照相機(jī)中的一種來感測(cè)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟在所述第一移動(dòng)單元經(jīng)過所述表面的同時(shí)跟蹤所述第一移動(dòng)單元的全球位置坐標(biāo)，所述三維地圖包括所述特征的所述三維位置、所述二維特征的所述地圖以及所述第一移動(dòng)單元的所述全球位置坐標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性；以及在所述第二移動(dòng)單元經(jīng)過所述表面的同時(shí)跟蹤所述第二移動(dòng)單元的全球位置坐標(biāo)，所述確定步驟包括匹配所述第一移動(dòng)單元和所述第二移動(dòng)單元的所述全球位置坐標(biāo)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述確定步驟包括匹配所繪制的與所匹配的全球位置坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)的二維特征。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中經(jīng)由射頻信號(hào)從所述第一移動(dòng)單元向所述第二移動(dòng)單元提供所述三維地圖。
8.一種地圖繪制裝置，包括第一移動(dòng)單元，所述第一移動(dòng)單元包括第一強(qiáng)度場(chǎng)傳感器，配置成在所述第一移動(dòng)單元經(jīng)過表面的同時(shí)繪制二維特征； 三維位置感測(cè)設(shè)備，配置成在所述強(qiáng)度場(chǎng)傳感器的所述繪制期間感測(cè)所述特征的三維位置；處理器，與所述強(qiáng)度場(chǎng)傳感器和所述三維位置感測(cè)設(shè)備二者進(jìn)行通信，所述第一移動(dòng)單元的處理器被配置成創(chuàng)建包括所述特征的所述三維位置和所述二維特征的地圖之間的關(guān)聯(lián)性的三維地圖；以及發(fā)送設(shè)備，與所述處理器進(jìn)行通信并且被配置成發(fā)送所述三維地圖；以及第二移動(dòng)單元，所述第二移動(dòng)單元包括 接收設(shè)備，配置成接收來自所述第一移動(dòng)單元的所述三維地圖； 第二強(qiáng)度場(chǎng)傳感器，配置成在所述第二移動(dòng)單元經(jīng)過所述表面的同時(shí)繪制所述二維特征；以及處理器，與所述強(qiáng)度場(chǎng)傳感器和所述接收設(shè)備二者進(jìn)行通信，所述第二移動(dòng)單元的處理器被配置成確定通過所述第二移動(dòng)單元繪制的所述二維特征的三維位置，在所述第二移動(dòng)單元內(nèi)并且通過使用所述三維地圖來執(zhí)行所述確定。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述第一移動(dòng)單元還包括被配置成跟蹤所述第一移動(dòng)單元的全球位置坐標(biāo)的第一 GPS模塊，并且所述第一移動(dòng)單元還包括被配置成跟蹤所述第二移動(dòng)單元的全球位置坐標(biāo)的第二 GPS模塊。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述第二移動(dòng)單元的所述處理器被配置成使用所述第二移動(dòng)單元的當(dāng)前全球位置坐標(biāo)來識(shí)別所述三維地圖的相應(yīng)部分。
11.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述三維位置感測(cè)設(shè)備包括LIDAR和立體照相機(jī)中的一種。
12.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述第一移動(dòng)單元和所述第二移動(dòng)單元中的每一個(gè)包括割草機(jī)和吸塵器中的一種。
13.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述發(fā)送設(shè)備包括射頻發(fā)送設(shè)備、電導(dǎo)體、能夠從所述第一移動(dòng)單元轉(zhuǎn)移到所述第二移動(dòng)單元的存儲(chǔ)器設(shè)備中的一種。
14.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述三維地圖包括三維表面網(wǎng)格。
15.一種地圖繪制方法，包括 繪制道路的二維特征；感測(cè)所述特征的三維位置，在所述繪制期間進(jìn)行所述感測(cè)； 確定所述道路的全球位置坐標(biāo)；創(chuàng)建包括所述特征的所述三維位置、所述二維特征的地圖、以及所述全球位置坐標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性的三維地圖；向機(jī)動(dòng)車輛提供所述三維地圖；使用所述車輛以在所述車輛經(jīng)過所述道路的同時(shí)繪制所述二維特征； 在所述機(jī)動(dòng)車輛經(jīng)過所述道路的同時(shí)跟蹤所述車輛的全球位置坐標(biāo)； 將所述車輛的所述全球位置坐標(biāo)匹配到與所述三維地圖相關(guān)聯(lián)的所述全球位置坐標(biāo)；匹配與所匹配的全球位置坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)的所述二維特征；以及確定所述車輛和通過所述車輛繪制的所述二維特征之間的距離，在所述車輛內(nèi)并且通過使用與所匹配的二維特征相關(guān)聯(lián)的所述三維位置來執(zhí)行所述確定。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中在第一機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)執(zhí)行所述繪制、感測(cè)和創(chuàng)建步驟，以及所述確定全球位置坐標(biāo)的步驟，被提供以所述三維地圖的所述機(jī)動(dòng)車輛包括第二機(jī)動(dòng)車輛。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中第一強(qiáng)度場(chǎng)傳感器用于在所述第一車輛經(jīng)過所述道路的同時(shí)繪制所述二維特征。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中第二強(qiáng)度場(chǎng)傳感器用于在所述第二車輛經(jīng)過所述道路的同時(shí)繪制所述二維特征。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中從所述第一車輛向所述第二車輛提供所述三維地圖。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中通過LIDAR和立體照相機(jī)中的一種來感測(cè)所述特征的所述三維位置。
全文摘要
一種地圖繪制方法包括使用第一移動(dòng)單元以在所述第一移動(dòng)單元經(jīng)過表面的同時(shí)繪制二維特征。在所述繪制期間感測(cè)所述特征的三維位置。創(chuàng)建包括所述特征的所述三維位置與所述二維特征的地圖之間的關(guān)聯(lián)性的三維地圖。從所述第一移動(dòng)單元向第二移動(dòng)單元提供所述三維地圖。所述第二移動(dòng)單元用于在所述第二移動(dòng)單元經(jīng)過所述表面的同時(shí)繪制所述二維特征。在所述第二移動(dòng)單元內(nèi)并且通過使用所述三維地圖來確定通過所述第二移動(dòng)單元繪制的所述二維特征的三維位置。
文檔編號(hào)G01S17/89GK102460074SQ201080029620
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月1日
發(fā)明者B·皮策, C·杜哈德維, J·貝克爾, S·卡梅爾 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司