[发明专利]一种基于低成本的三维热源环境模型确定环境信息方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境建模及信息获取的技术领域，具体是一种利用低成本的二维激光配合机械装置实现对三维环境的建模，再融合热成像仪获取的温度信息，实现对三维热源环境的建模。

背景技术

近年来，在中国火灾的发生次数以及造成的财产损失和人员伤亡数量呈现上升趋势，火灾已经成为了当今世界中多发性灾害中发生频率较高的一种灾害。针对目前火灾发生频率上升的趋势，以及火场环境对消防人员人身安全的巨大威胁，越来越多的无人设备开始投入到火场中，协助消防部门对火场进行修理。

传统应用于火场无人设备的传感设备普遍为普通摄像头，消防工作人员根据影像数据，并结合自身工作经验从而对火场环境进行判断，确定下一步工作。但这种感知方式未针对火场环境的特殊性进行调整，容易受到光线强弱等因素影响，且仅能够观测到明火，这便对消防工作人员的自身判断能力有着一定的要求，本方法即是希望能够摆脱这一要求，直接获得准确可靠的环境信息，从而确定火场形式。考虑到在火场环境中，温度信息能够为我们确定火势有着极大的帮助，故在感知环境时，也提取环境中的热源信息。

当下针对于建立三维热源模型也已经有了许多研究，但在建立三维模型时，使用的多为RGB-D摄像机或3d激光雷达，而这二者使用时都有些局限性，RGB-D摄像机在距离较远时效果较差，且受光照条件影响较大；3d激光雷达则价格昂贵，不适合在火场等危险场景推广使用。同时在将热成像数据与激光数据融合方面，已有的方法如有对热成像仪进行标定，根据单目slam方法得到三维的温度数据，再与激光数据相融合；亦有通过热成像测量固定平面，进而通过插值的方法对计算测量物体于给定平面之间的角度关系进而对模型进行着色；亦有通过手动测量热成像中特殊点对应的模型中的位置等。但这些方法中热成像仪的焦距在一次使用中无法改变，对于不同规模的场景会因无法正确对焦而成像较为模糊，同时标定热成像仪时，因热成像特殊的特性，无法使用传统方法标定，标定时较为麻烦，需手动参与测量的方法亦不能成为无人设备的感知系统。

发明内容

本发明提出了一种基于低成本的三维热源环境建模方式获取准确的获取环境的热源信息方法，目的在于避免现有技术的不足之处，在本发明中，使用了二维激光对环境进行三维建模保证了建模的精度和可靠性，同时价格相较于三维激光较为廉价，为其推广使用打下基础，同时利用了热成像的视场角融合热源与空间信息，同时视场角可通过结合预先测量数据与SDK中提供的参数进行确定，使其能够较为准确的获取环境的热源信息，整套方法最终可以快速准确地对三维热源环境建模。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于低成本的三维热源环境模型确定环境信息方法，步骤如下：

步骤1：对热成像进行测量，确定其视场角；

步骤2：利用二维激光设备结合机械装置实现对环境进行三维建模，得到的结果为环境的三维点云模型；

步骤3：使用热成像仪获取环境的热源信息，得到的结果为二维的温度矩阵；

步骤4：将步骤2获得的模型与步骤3获得的温度矩阵根据视场角进行融合，得到具有热源信息三维点云模型；

步骤5：将步骤4获得的点云模型进行三角化，得到最终的三维热源模型，消防无人设备利用所述的三维热源模型确定热源。

进一步地，所述步骤1中，确定视场角的方法为：

通过sdk获取与视场角相关的参数k，通过测量两组k值与对应的视场角大小，即可根据任意时刻的k值确定该时刻的视场角大小。

进一步地，所述步骤2中，获取三维模型的方法为：

使用机械装置快速不断地改变二维激光的扫描平面的角度，再将二维激光扫描获得的多个平面根据扫描时的角度融合在同一个坐标系下，从而得到环境的三维模型。

进一步地，所述步骤4中，融合时利用热成像的视场角大小，对模型进行着色，具体过程为，先将点云模型通过坐标系变换，变换到温度矩阵所在的坐标系下，再根据温度矩阵中每一个温度对应的垂直角度和水平角度(即俯仰角和偏航角)确定对应点云中的点的温度信息，最后再利用色度盘根据温度值对点云进行着色。

进一步地，所述步骤5中，使用贪婪投影三角化算法，根据场景规模设置对应参数，实现点云的三角化。

本发明的原理在于：