CN109362237B - 用于检测被监测体积内入侵的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种检测被监测体积内入侵的方法，其中：N个三维传感器在各自局部坐标系(S)中采集局部点云(C)，中央处理单元(3)接收所采集的局部点云(C)，并且针对每个传感器(2)，通过将由所述三维传感器采集的局部点云(C)与被监测体积(V)的全局三维地图(M)对准，计算在被监测体积的全局坐标系(G)中的所述传感器(2)的更新的三维位置和定向，并且根据传感器(2)的更新的三维位置和定向从所述所采集的点云生成对准的局部点云(A)，通过比较所述对准的局部点云(C)的自由空间与全局三维地图(M)的自由空间，监测被监测体积(V)内的入侵。

Description

用于检测被监测体积内入侵的方法和系统
技术领域
本发明涉及到用于检测三维体积或空间内入侵的方法和系统。
背景技术
本申请属于诸如安全工程或现场安全的监控应用的区域和体积监测领域。在这种应用中，进行定期或连续检查，以便检测是否有物体，尤其是人体入侵被监测体积，例如，围绕机器的危险区域或者私人区域中的禁区。检测到入侵时，则通知监测系统的操作员，而且/或者可以使装置停止或者使其无害。
传统区域监测方法涉及到使用2D照相机跟踪空间区域中的个体和物体。US20060033746描述了这种照相机监测的一个实例。
使用二维照相机提供一种成本低、易设置的监测解决方案。但是这些方法的一个重要缺点在于单个照相机只能给出二维位置信息，不能提供关于被检测物体与照相机的距离的信息。因此，错误警报可能会被远处物体触发，所述物体看似位于被监测体积内，但实际上在危险区域或禁区外。
为了克服这个问题，提出使用距离传感器或三维传感器或者立体照相机采集关于位于被监测空间区域内的个体或物体的三维信息。这种监测系统通常包括遍布在被监测区域中的数个三维传感器或立体照相，以避免位于被监测体积内的物体的阴影效应。
US7,164,116，US7,652,238和US9,151,446描述了这种三维传感器系统的实例。
在US7,164,116中，每个传感器都被视为独立的，分别校准，并且将其采集的信息与其它传感器分别进行处理。然后，系统的操作员可以把来自数个三维传感器的信息相结合，以便解决阴影问题。这种系统的校准和设置是耗时的过程，因为每个三维传感器都必须单独校准，例如通过分别针对每个传感器指定危险区域或禁区来校准。而且，使用这种系统很麻烦，因为必须由操作员对来自数个传感器的信息在精神上进行组合。
US7,652,238和US9,151,446公开了另一种方法，其中，针对监测系统的所有三维传感器定义统一坐标系。因此在被监测体积的共用坐标系中校准传感器。但是，在这种系统中，每个传感器相对于被监测区域的各自位置必须固定，并且随着时间稳定，以便能够以可靠的方式合并测量，这一点通常难以随着时间保证，而且其结果是需要定期重新校准监测系统。
而且，这些系统的校准程序需要精确地确定每个传感器的三维位置和定向，这涉及到外行操作员难以管理的三维测量工具和三维输入界面。
发明内容
本发明的目的地是改善这种现状。
为此目的，本发明的第一个目的是提供一种检测被监测体积内入侵的方法，其中，N个三维传感器分别监测被监测体积的至少一部分，并且分别与中央处理单元通信，包括：
-所述N个三维传感器的每个传感器采集所述传感器的局部坐标系中的局部点云，所述局部点云包括位于围绕所述传感器并与被监测体积重叠的局部体积中的物体表面的一组三维数据点，
-所述中央处理单元从N个三维传感器接收所采集的局部点云，把所述所采集的点云储存在存储器中，并且，
针对所述N个三维传感器的每个传感器，
通过将由所述三维传感器采集的局部点云与储存在存储器中的被监测体积的全局三维地图对准，计算在被监测体积的全局坐标系中的所述传感器的更新的三维位置和定向，并且
根据传感器的更新的三维位置和定向从所述所采集的点云生成对准的局部点云，
-通过比较所述对准的局部点云的自由空间与全局三维地图的自由空间，监测被监测体积内的入侵。
在某些实施例中，还可以采用以下特征中的一项或多项：
-针对所述至少两个三维传感器的每个传感器，通过执行由所述传感器采集的每个点云与被监测体积的全局三维地图的同时多重扫描对准，计算全局坐标系中所述传感器的更新的三维位置和定向；
-仅通过由所述三维传感器采集的局部点云以及储存在存储器中的被监测体积的全局三维地图计算所述至少两个传感器的每个传感器的更新的三维位置和定向，无需额外的定位信息；
-N个三维传感器的定位使得围绕所述传感器的局部体积的结合是连通空间，所述连通空间形成被监测体积，
通过以下步骤确定被监测体积的全局三维地图：
-从所述至少两个三维传感器的每个传感器接收至少一个局部点云并将所述局部点云储存在存储器中，
-执行所储存的局部点云的同时多重扫描对准，以生成分别与从所述至少两个三维传感器的每个传感器采集的局部点云相关联的多个对准的局部点云，以及
-合并所述多个对准的局部点云，以便确定被监测体积的全局三维地图，并将所述全局三维地图储存在存储器中；
-方法进一步包括在显示设备上向使用者显示图形指示；
-方法进一步包括通过投射被监测体积的全局三维地图生成被监测体积的二维图像，并且命令显示设备显示覆盖在被监测体积的所述二维图像上的入侵的图形指示；
-方法进一步包括命令显示设备显示覆盖在由自校准监测系统的照相机采集的被监测体积的一部分的二维图像上的入侵的图形指示；
-方法进一步包括使自校准监测系统的照相机定向，使得所检测的入侵位于照相机的视场中。
本发明的另一个目的是提供一种扩展通过上文详细说明的方法监测的体积的方法，其中，N个三维传感器分别监测被监测体积的至少一部分，并且分别与中央处理单元通信，包括：
-定位与中央处理单元通信的附加的第N+1个三维传感器，附加的第N+1个三维传感器采集所述传感器的局部坐标系中的局部点云，所述局部点云包括围绕所述传感器并且与由N个三维传感器监测的体积至少局部重叠的局部体积中物体表面的一组三维数据点，
-通过以下步骤确定自校准监测系统的更新的全局三维地图
从所述至少两个三维传感器的每个传感器接收所采集的至少一个局部点云并将所述局部点云储存在存储器中，
执行所储存的局部点云的同时多重扫描对准，以便生成分别与从所述至少两个三维传感器的每个传感器采集的局部点云相关联的多个对准的局部点云，以及
通过合并所述多个对准的局部点云确定被监测体积的全局三维地图。
本发明的另一个目的是提供一种确定自校准监测系统的照相机的三维位置的方法，其中，N个三维传感器分别监测被监测体积的至少一部分并且分别与中央处理单元连通，
-提供包括至少一个反射图案的照相机，使得通过自校准监测系统的三维传感器采集的所述反射图案的数据点可以与所述照相机相关联，
-将照相机定位在被监测体积中，在N个三维传感器的至少一个传感器的视场中，使得所述传感器采集包括照相机的反射图案的至少一个三维数据点的局部点云，
-从所述至少一个三维传感器接收局部点云并且通过将所述局部点云与自校准监测系统的全局三维地图对准而计算对准的局部点云，
-在对准的局部点云中识别与照相机的反射图案相对应的至少一个数据点，以及
-根据与照相机的反射图案相对应的对准的局部点云的所述所识别的数据点的坐标，确定照相机在全局三维地图的全局坐标系中的至少一个三维位置。
本发明的另一个目的是提供一种用于检测被监测体积内入侵的自校准监测系统，该系统包括：
-N个三维传感器，其能够分别监测被监测体积的至少一部分，所述N个三维传感器的每个传感器都能够采集所述传感器的局部坐标系中的局部点云，所述局部点云包括围绕所述传感器并与被监测体积重叠的局部体积中的物体表面的一组三维数据点，
-存储器，其用于储存所述局部点云以及包括被监测体积中物体表面的一组三维数据点的被监测体积的全局三维地图，局部体积至少部分地与被监测体积重叠，
-中央处理单元，其能够从N个三维传感器接收所采集的局部点云，把所述所采集的点云储存在存储器中，并且，
针对所述N个三维传感器的每个传感器，
通过将由所述三维传感器采集的局部点云与储存在存储器中的被监测体积的全局三维地图对准，计算在被监测体积的全局坐标系中的所述传感器的更新的三维位置和定向，
根据传感器的更新的三维位置和定向从所述所采集的点云生成对准的局部点云，以及
通过比较所述对准的局部点云的自由空间与全局三维地图的自由空间，监测被监测体积内的入侵。
在某些实施例中，还可以采用以下特征中的一项或多项：
-系统进一步包括至少一个能够采集被监测体积的一部分的二维图像的照相机；
-至少一个所述照相机包括至少一个反射图案，使得系统的中央处理单元将通过自校准监测系统的三维传感器采集的所述反射图案的数据点与所述照相机相关联；
-系统进一步包括能够向使用者显示入侵的图形指示的至少一个显示设备。
本发明的另一个目的是一种非暂时性计算机可读存储介质，其上存储有包括程序指令的计算机程序，当计算机程序由中央处理单元运行时，计算机程序可以加载到上文详述的监测系统的中央处理单元并且适合使处理单元执行上文详述的方法步骤。
附图说明
通过作为非限制性实例列出的本发明数个实施例以及附图的以下说明，本发明的其它特征和优点显而易见。
在附图中：
-图1是根据本发明的实施例用于检测被监测体积内入侵的监测系统的示意性顶视图，
-图2是详细说明根据本发明的实施例用于检测被监测体积内入侵的方法的流程图，
-图3是详细说明根据本发明的实施例用于确定被监测体积的全局三维地图的方法以及用于扩展被监测体积的方法的流程图，
-图4是详细说明根据本发明的实施例用于确定自校准监测系统的照相机的三维位置的方法的流程图。
在各图中，相同标号指代相同或相似元件。
具体实施方式
图1阐释了检测被监测体积V内入侵的自校准监测系统1，能够执行下文进一步详细说明的用于检测被监测体积内入侵的方法。
监测系统1可用于监测贵重物品(保险库监测等)和/或在机场等处监测公共建筑物的入口区域。例如监测系统1还可以用于监测围绕机器人或工厂装置的危险工作区域。本发明不仅限于这些应用，也可以用于其它领域。
例如，被监测体积V可由沿着水平面H延伸的地板F以及沿着垂直于所述水平面H的垂直方向Z延伸的实际壁或虚拟壁界定。
被监测体积V可包括一个或多个危险区域或禁区F。例如，禁区F可由机械臂在体积V内的运动限定。入侵禁区F内的物体可能由于机械臂的运动而处于危险之中，所以这种类型的入侵必须导致机器人的关闭。禁区F也可以被私人区域限定，出于安全原因，只有被授权者可以进入所述私人区域。
因此，在本发明的某些实施例中，禁区F是监测区域内的空间区域，所述监测区域可包括整个监测区域。
如图1所示，监测系统1包括N个三维传感器2和中央处理单元3。
在一个实施例中，中央处理单元3与传感器2隔开，并在功能上连接到每个传感器2，以便能够从每个传感器2接收数据。中央处理单元3可以通过有线连接或无线连接而连接到每个传感器2。
在一个变体中，中央处理单元3可以集成在其中一个传感器2中，例如通过成为集成在所述传感器2中的处理电路。
中央处理单元3收集并处理来自所有传感器2的点云，因此有利地是单独一个集中单元。
例如，中央处理单元3包括处理器4和存储器5。
监测系统1的三维传感器2的数量N可以是2个至几十个传感器。
每个三维传感器2都能够监测围绕所述传感器2的局部体积L，其与被监测体积V部分重叠。
更准确地说，每个三维传感器2都能够采集所述传感器2的局部坐标系S中的局部点云C。局部点云C包括一组三维数据点D。局部点云C的每个数据点D与位于围绕传感器2的局部体积L中的物体表面的一个点P相对应。
“三维数据点”的含义是在传感器2环境中的一个点P的三维坐标。三维数据点D可进一步包括附加特征，例如，由传感器2在所述点P处检测到的信号的强度。
所述传感器2的局部坐标系S是与所述传感器2相关的坐标系S，例如其原点位于传感器的位置。局部坐标系S可以是笛卡尔坐标系、圆柱坐标系或极坐标系。
例如，三维传感器2可包括激光测距仪，比如光探测和测距(LIDAR)模块、雷达模块、超声波测距模块、声纳模块、使用三角测量的测距模块或者能够采集传感器2的局部坐标系S中的单独一个或多个环境点P的位置的任何其它装置。
在一个优选实施例中，三维传感器2发射初始物理信号，并且沿着局部坐标系的受控方向接收反射的物理信号。例如，发射的物理信号和反射的物理信号可以是光束、电磁波或声波。
然后，传感器2计算与从传感器2到在位于围绕传感器2的局部体积L中的物体表面上反射初始信号的点P的距离相对应的范围。可以通过比较初始信号与反射信号，例如通过比较发射和接收的时间或相位计算所述范围。
然后，可以通过所述范围和所述受控方向计算三维数据点D。
在一个实例中，传感器2包括具有恒定时间速率的激光发射光脉冲，通过沿着两个方向旋转的动镜反射所述光脉冲。通过传感器收集反射的光脉冲，发射脉冲与接收脉冲之间的时间差给出传感器2局部环境中物体反射表面的距离。然后，传感器2的处理器或者单独处理单元利用简单的三角公式把传感器采集的每个观测值转换为三维数据点D。
周期性地获取传感器2的局部环境的全扫描，并且所述全扫描包括代表传感器2局部体积中的物体的一组三维数据点D。
“局部环境的全扫描”的含义是传感器2覆盖了完整的视场。例如，局部环境的全扫描之后，基于激光的传感器的动镜回到原始位置，并且准备开始新的旋转运动周期。传感器2的局部点云C因此有时也称为“帧”，并且是由二维照相机采集的帧的三维当量。
在传感器2的局部环境的全扫描中采集的一组三维数据点D称为局部点云C。
传感器2能够按照给定帧速率周期性地采集局部点云C。
把每个传感器2的局部点云C传输到中央处理单元3并储存在中央处理单元3的存储器5中。
如下文详细所述，中央处理单元3的存储器5还储存被监测体积V的全局三维地图M。
全局三维地图M包括被监测体积V中物体表面的一组三维数据点D。
现在参考图2更详细地公开检测被监测体积内入侵的方法。
检测入侵的方法是通过上文详细说明的监测系统1执行的。
在方法的第一个步骤中，N个三维传感器中的每个传感器2采集所述传感器2的局部坐标系S中的局部点云C，如上文中详细说明的。
然后，中央处理单元3从N个传感器2接收所采集的局部点云C，并将所述所采集的点云C储存在存储器5中。
存储器5可包含从每个传感器2之前采集的其它局部点云C。
在第三个步骤中，中央处理单元3针对N个三维传感器的每个传感器2执行多次操作。
中央处理单元3首先通过将由所述传感器2采集的至少一个局部点云C与储存在存储器5中的被监测体积V的全局三维地图M对准，计算被监测体积V的全局坐标系G中每个传感器2的更新的三维位置和定向。
“三维位置和定向”的含义是针对传感器2的六维定位信息，例如包括全局坐标系G中所述传感器2的三维位置和三维定向。
全局坐标系G是通过对准局部点云C得到的虚拟坐标系。可能不需要相对于系统1的实际物理环境校准全局坐标系G，尤其如果不需要限定禁区F时，更是如此。
由于根据本发明的方法和系统的这个特征，可以在每一帧自动重新校准每个传感器2的位置。因此，大大降低了校准误差，并且增加了系统的易用性。这解决了传感器在风中移动或者由于机械震动而移动的情况下的可靠性问题。
仅通过由所述传感器2采集的局部点云C以及通过储存在存储器中过得被监测体积的全局三维地图M计算传感器2的更新的三维位置和定向，无需额外的定位信息。
“无需额外的定位信息”具体含义是计算传感器的更新的三维位置和定向不需要除了由所述传感器2采集的局部点云C和全局三维地图M以外的其它输入数据。例如，不需要定向装置(诸如GPS或加速计)的额外定位。此外，不需要对传感器的位置或运动做出假设。
为此目的，中央处理单元3执行由所述传感器采集的每个点云C与被监测体积的全局三维地图的同时多重扫描对准。
“同时多重扫描对准”的含义是由N个传感器采集的点云C连同被监测体积的全局三维地图M一起被视为需要同时对准在一起的扫描。
在一个实施例中，由N个传感器在操作时间采集的点云C在每个步骤对准。例如，系统可能已经执行了传感器2的M个连续采集帧，直到当前时间t。因此，由N个传感器采集的M个点云C与全局三维地图M分组，以形成有待于通过中央处理单元3一起对准的M*N+1次扫描。
在一个变体中，M-1个提前采集的点云C可以被其各自的关联对准点云A代替，如下文进一步详细所述。(M-1)*N个对准的点云A因此可以与N个最新采集的点云C以及全局三维地图M分组，以便再次形成有待于通过中央处理单元3一起对准的M*N+1次扫描。
例如，可以利用由P.J.Besl和N.D.McKay在1992年第14(2)：239–256期的《关于模式分析和机器智能的IEEE汇刊》中发布的《三维形状配准方法》或者由Yang Chen和GerardMedioni在1992年第10(3)期的《图像视觉计算》中发布的《基于多幅图像配准的物体建模》中详细说明的迭代最近点算法(ICP)执行这种同时多重扫描对准。ICP算法包括在变换空间中搜索，试图通过优化关于变换空间定义的函数找到扫描的一组成对变换。ICP的变体包括优化函数，所述优化函数的范围从误差度量(如“最小二乘方距离的和”)到质量度量(如“图像距离”)或概率度量。在这个实施例中，中央处理单元3因此可以优化关于每个点云C的变换空间定义的函数，以便确定传感器2的更新的三维位置和定向。
这样，可以容易且有效地执行每个点云C的同时多重扫描对准，以便计算传感器2的更新的三维位置和定向。
然后，中央处理单元3生成与每个所采集的点云C相关联的对准的局部点云A，其中，所述点云C的数据点D从局部坐标系S平移到全局三维地图M的全局坐标系G。根据传感器2的更新的三维位置和定向确定对准的局部点云A。
然后，每个传感器2的对准的局部点云A可以可靠地一起作比较，因为在处理期间已经更新了每个传感器的位置和定向。
在该方法的随后步骤中，中央处理单元3可以监测被监测体积V内的入侵。
为此目的，中央处理单元3可以比较每个对准的局部点云A的自由空间与全局三维地图M的自由空间。
为此目的，例如，可以把监测体积V分成基本体积E的矩阵，每个基本体积E可以根据全局三维地图M标为“自由空间”或“占用空间”。
然后，把对准的局部点云A用于确定围绕传感器2的局部体积L中容纳的基本体积E的更新标志。
然后，例如，由于图1所示的物体O的入侵使基本体积E的标志从“自由空间”变为“占用空间”可以触发通过中央处理单元3检测被监测体积V内的入侵。
在本发明的一个实施例中，可由监测系统1本身以自动的方式确定被监测体积V的全局三维地图M，比如现在参考图3所述。
为此目的，N个三维传感器的定位可以使得围绕所述传感器2的局部体积L的结合是连通空间。该连通空间形成被监测体积。
“连通空间”的含义是围绕N个传感器2的局部体积L的结合形成单独一个空间，而不两个或多个不相交的非空敞开子空间。
然后，可以通过首先从每个所述传感器接收至少一个局部点云C，并把所述局部点云C储存在系统的存储器5中，确定被监测体积V的全局三维地图M。
然后，中央处理单元5执行所储存的局部点云C的同时多重扫描对准，以便生成多个对准的局部点云A，如上文详细所述。每个对准的局部点云A分别与从三维传感器2采集的局部点云C相关联。
与上文已经详细描述的不同，用于同时多重扫描对准的帧不包括全局三维地图M，因为其尚未确定。用于同时多重扫描对准的帧可包括针对每个传感器2的M个连续采集的点云C。因此将通过N个传感器采集的M个点云C分组，以形成M*N+1次扫描，以便如上文详细所述，通过中央处理单元3一起对准。
通过对准所储存的局部点云C，得到全局坐标系G，其中，对准的局部点云A可以一起比较。
一旦确定了多个对准的局部点云A，中央处理单元5就可以因此合并多个对准的局部点云A，以便形成被监测体积V的全局三维地图M。然后，把全局三维地图M储存在系统1的存储器5中。
在本发明的一个实施例中，一旦入侵被系统1检测到，该方法则可以进一步包括在显示设备6上向使用者显示入侵的图形指示I。
显示设备6可以是便于系统1的操作员操作的任何屏幕、LCD、OLED等。显示设备6连接到并且受控于系统1的中央处理单元3。
在该方法的第一个实施例中，可以通过沿着观察方向投射被监测体积的全局三维地图M，由处理单元3生成被监测体积V的二维图像B。
然后，处理单元3可以命令显示设备6显示覆盖在被监测体积V的所述二维图像B上的入侵的图形指示I。
在另一个实施例中，系统1进一步包括至少一个照相机7。照相机7能够直接采集被监测体积V的一部分的二维图像B。照相机7连接到并且受控于系统1的中央处理单元3。
然后，中央处理单元3可以命令显示设备6显示覆盖在由照相机7采集的二维图像B上入侵的图形指示I。
在一个变体中，中央处理单元3能够控制照相机7的摇摄、旋转或变焦，使得所检测到的入侵能够位于照相机7的视场中。
为此目的，本发明的另一个目的是确定上文所述的自校准监测系统1的照相机7的三维位置的方法。该方法使之能够易于校准，无需手动测量和输入照相机7在监测体积V中的位置。图4阐释了该方法的一个实施例。
照相机7具有至少一个反射图案8。反射图案8使得由自校准监测系统1的三维传感器2采集的所述反射图案的数据点能够通过系统1的中央处理单元3与所述照相机相关联。
反射图案8可由高反射率材料制成，使得由传感器2采集的反射图案8的数据点呈现出高强度，例如超过预定阈值强度的强度。
反射图案8也可以具有预定形状，例如十字或圆形的形状或者“L”形标记。可以利用公知的数据和图像分析算法通过中央处理单元3识别这种形状。
在确定照相机7的三维位置的方法的第一个步骤中，把照相机定位在被监测体积V中。把照相机7放置在围绕系统1的传感器2的至少一个局部体积L中，使得照相机7的反射图案8处于N个三维传感器的至少一个传感器2的视场中。因此所述至少一个传感器2能够采集包括与照相机7的反射图案8相对应的至少一个三维数据点D的局部点云C。
然后，中央处理单元3从所述至少一个三维传感器接收局部点云C，并且通过把所述局部点云C与自校准监测系统的全局三维地图M对准，计算对准的局部点云A，如上文所述。
然后，在对准的局部点云A中，中央处理单元3可以识别与照相机7的反射图案8相对应的至少一个数据点。如上文所述，可以根据从传感器2接收的数据点D的强度和/或由传感器2采集的高强度数据点的形状进行该识别。可以利用已知数据和图像处理算法，例如利用OpenCV库进行该识别。
最后，可以根据照相机7的反射图案8的所识别的数据点在对准的局部点云A中的坐标通过中央处理单元3确定照相机在全局三维地图M的全局坐标系G中的三维位置和/或定向。
本发明的基本概念也可以用于轻松有效地扩展通过上文详细所述的系统和方法所监测的体积。
这种方法在很多情况下都可以引起人们的兴趣，其中，被监测体积的轻微变化涉及到移动或添加额外的传感器2，并且通常需要耗时且复杂的手动校准监测系统。相反，本发明提供克服这些问题的自校准系统和方法。
本发明的另一个目的因此是用于扩展通过上文详细所述的方法和系统监测的体积的方法。
在监测系统1中，N个三维传感器2分别监测被监测体积V的至少一部分，并且分别与上文详细所述的中央处理单元3通信。全局三维地图M可以与由上文详细所述的N个三维传感器2监测的体积V相关联。
扩展由系统1监测的体积的方法因此涉及到确定与由N+1个三维传感器2监测的更新的体积V’相关联的自校准监测系统的更新的全局三维地图M’。
扩展由系统1监测的体积的方法包括首先定位能够与中央处理单元3通信的附加的第N+1个三维传感器2。
附加的第N+1个三维传感器2与监测系统1的N个传感器2相似，并且因此能够采集所述传感器2的局部坐标系L中的局部点云C。该局部点云C包括在围绕所述传感器2的局部体积L中的物体表面的一组三维数据点D。局部体积L至少部分地覆盖由N个三维传感器监测的体积V。
自校准监测系统的更新的全局三维地图M可确定如下。
首先，中央处理单元3接收从所述至少两个三维传感器的每个传感器采集的至少一个局部点云C并把所述局部点云储存在存储器中。
然后，中央处理单元3执行所储存的局部点云C的同时多重扫描对准，以便生成分别与从每个传感器2采集的局部点云C相关联的多个对准的局部点云A，如上文详细所述。
可以按包括全局三维地图M的一组扫描计算多重扫描对准。
如果围绕三维传感器2的局部体积L的结合不是连通空间，这一点特别引起注意。
也可以仅在由传感器2采集的点云C上计算多重扫描对准。
在这种情况下，更新的全局三维地图M的确定与上文所述的通过监测系统1计算被监测体积V的全局三维地图M相似。
一旦确定了多个对准的局部点云A，中央处理单元5便可以合并多个对准的局部点云A，而且，如有必要，合并全局三维地图M，以便形成更新的被监测体积V’的更新的全局三维地图M’。
然后把更新的全局三维地图M’储存在系统1的存储器5中，以便将来在上文详细说明的检测被监测体积内入侵的方法中使用。

Claims (14)

1.一种用于检测被监测体积内入侵的方法，其中，N个三维传感器（2）分别监测被监测体积（V）的至少一部分，并且分别与中央处理单元（3）通信，包括：
所述N个三维传感器的每个传感器（2）采集所述传感器的局部坐标系（S）中的局部点云（C），所述局部点云包括位于围绕所述传感器（2）并与被监测体积（V）重叠的局部体积（L）中的物体表面的一组三维数据点（D），
所述中央处理单元（3）从N个三维传感器（2）接收所采集的局部点云（C），把所述所采集的局部点云（C）储存在存储器（5）中，并且，
针对所述N个三维传感器（2）的每个传感器（2），
通过将由所述三维传感器采集的局部点云（C）与被监测体积（V）的全局三维地图（M）对准，计算在被监测体积的全局坐标系（G）中的所述传感器（2）的更新的三维位置和定向，被监测体积（V）的全局三维地图（M）以自动的方式确定并储存在存储器（5）中，以及
根据传感器（2）的更新的三维位置和定向，从所述所采集的局部点云（C）生成对准的局部点云（A），
通过比较所述对准的局部点云（A）的自由空间与全局三维地图（M）的自由空间，监测被监测体积（V）内的入侵，
其中，N个三维传感器（2）的定位使得围绕所述传感器的局部体积（L）的结合是连通空间，所述连通空间形成被监测体积（V），
并且其中，通过以下步骤确定被监测体积（V）的全局三维地图（M）：
从至少两个三维传感器（2）的每个传感器接收至少一个局部点云（C）并将所述局部点云（C）储存在存储器（5）中，
执行所储存的局部点云（C）的同时多重扫描对准，以生成分别与从所述至少两个三维传感器的每个传感器采集的局部点云相关联的多个对准的局部点云（A），以及
合并所述多个对准的局部点云（A），以便确定被监测体积（V）的全局三维地图（M），并将所述全局三维地图储存在存储器（5）中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对所述至少两个三维传感器的每个传感器（2），通过执行由所述传感器（2）采集的每个点云（C）与被监测体积（V）的全局三维地图（M）的同时多重扫描对准，计算全局坐标系（G）中所述传感器的更新的三维位置和定向。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，仅通过由所述三维传感器采集的局部点云（C）以及储存在存储器（5）中的被监测体积（V）的全局三维地图（M）计算所述至少两个传感器的每个传感器（2）的更新的三维位置和定向，无需额外的定位信息。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括在显示设备（6）上向使用者显示图形指示。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括通过投射被监测体积（V）的全局三维地图（M）生成被监测体积（V）的二维图像，并且命令显示设备（6）显示与被监测体积（V）的所述二维图像重叠的入侵的图形指示。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括命令显示设备（6）显示与由自校准监测系统（1）的照相机（7）采集的被监测体积的至少一部分的二维图像重叠的入侵的图形指示。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括使自校准监测系统（1）的照相机（7）定向，使得所检测的入侵位于照相机（7）的视场中。
8.一种扩展通过根据权利要求1所述的方法监测的体积的方法，其中，N个三维传感器（2）分别监测被监测体积（V）的至少一部分，并且分别与中央处理单元（3）通信，包括：
定位与中央处理单元（3）通信的附加的第N+1个三维传感器（2），附加的第N+1个三维传感器采集所述传感器的局部坐标系（S）中的局部点云（C），所述局部点云（C）包括围绕所述传感器并且与由N个三维传感器监测的体积至少部分重叠的局部体积（L）中物体表面的一组三维数据点（D），
通过以下步骤确定自校准监测系统的更新的全局三维地图（M）：
从至少两个三维传感器的每个传感器接收所采集的至少一个局部点云并将所述局部点云储存在存储器中，
执行所储存的局部点云（C）的同时多重扫描对准，以便生成分别与从所述至少两个三维传感器的每个传感器采集的局部点云相关联的多个对准的局部点云，以及
通过合并所述多个对准的局部点云来确定被监测体积的全局三维地图（M）。
9.一种确定自校准监测系统（1）的照相机（7）的三维位置的方法，其中，N个三维传感器（2）分别监测被监测体积（V）的至少一部分并且分别与中央处理单元（3）连通，
提供包括至少一个反射图案（8）的照相机（7），使得通过自校准监测系统的三维传感器（2）采集的所述反射图案（8）的数据点可以与所述照相机（7）相关联，
将照相机（7）定位在被监测体积（V）中，在N个三维传感器的至少一个三维传感器（2）的视场中，使得所述传感器（2）采集包括照相机（7）的反射图案（8）的至少一个三维数据点（D）的局部点云（C），
从所述至少一个三维传感器（2）接收局部点云（C）并且通过将所述局部点云（C）与自校准监测系统的全局三维地图（M）对准而计算对准的局部点云（A），
在对准的局部点云（A）中识别与照相机（7）的反射图案（8）相对应的至少一个三维数据点（D），以及
根据与照相机的反射图案（8）相对应的对准的局部点云（A）的所识别的三维数据点（D）的坐标，确定照相机（7）在全局三维地图（M）的全局坐标系（G）中的至少一个三维位置。
10.一种用于检测被监测体积（V）内入侵的自校准监测系统（1），该系统包括：
N个三维传感器（2），其能够分别监测被监测体积的至少一部分，所述N个三维传感器（2）的每个传感器都能够采集所述传感器的局部坐标系（S）中的局部点云（C），所述局部点云包括围绕所述传感器并与被监测体积重叠的局部体积（L）中的物体表面的一组三维数据点（D），
存储器（5），其用于储存所述局部点云（C）以及包括被监测体积（V）中物体表面的一组三维数据点的被监测体积的全局三维地图（M），局部体积至少部分地与被监测体积重叠，
中央处理单元（3），其能够从N个三维传感器（2）接收所采集的局部点云，把所述所采集的点云储存在存储器中，并且，
针对所述N个三维传感器的每个传感器（2），
通过将由所述三维传感器采集的局部点云（C）与被监测体积的全局三维地图（M）对准，计算在被监测体积（V）的全局坐标系（G）中的所述传感器（2）的更新的三维位置和定向，
根据传感器（2）的更新的三维位置和定向从所述所采集的点云生成对准的局部点云（A），被监测体积的全局三维地图（M）由监测系统（1）本身以自动的方式确定并储存在存储器中，以及
通过比较所述对准的局部点云（A）的自由空间与全局三维地图（M）的自由空间，监测被监测体积（V）内的入侵，
其中，N个三维传感器（2）的定位使得围绕所述传感器的局部体积（L）的结合是连通空间，所述连通空间形成被监测体积（V），
并且其中，通过以下步骤确定被监测体积（V）的全局三维地图（M）：
从至少两个三维传感器（2）的每个传感器接收至少一个局部点云（C）并将所述局部点云（C）储存在存储器（5）中，
执行所储存的局部点云（C）的同时多重扫描对准，以生成分别与从所述至少两个三维传感器的每个传感器采集的局部点云相关联的多个对准的局部点云（A），以及
合并所述多个对准的局部点云（A），以便确定被监测体积（V）的全局三维地图（M），并将所述全局三维地图储存在存储器（5）中。
11.根据权利要求10所述的监测系统，进一步包括至少一个能够采集被监测体积（V）的一部分的二维图像的照相机（7）。
12.根据权利要求11所述的监测系统，其特征在于，至少一个所述照相机（7）包括至少一个反射图案（8），以至于通过自校准监测系统（1）的三维传感器（2）采集的所述反射图案（8）的数据点可以通过自校准监测系统（1）的三维传感器与所述照相机（7）相关联。
13.根据权利要求10所述的监测系统，进一步包括能够向使用者显示入侵的图形指示的至少一个显示设备（6）。
14.一种非暂时性计算机可读存储介质，其上存储有包括程序指令的计算机程序，当计算机程序由中央处理单元运行时，计算机程序可以加载到根据权利要求10至13中任一项所述的监测系统的中央处理单元（3）并且适合使中央处理单元（3）执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法步骤。
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