CN111260781A - 一种生成图像信息的方法、装置和电子设备 - Google Patents

一种生成图像信息的方法、装置和电子设备 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种生成图像信息的方法、装置和电子设备,方法包括:获取预设区域的三维点云信息;获取预设区域的图像数据;根据三维点云信息和图像数据生成图像矩阵;根据图像矩阵生成图像信息。本申请实现生成图像信息的过程,以便用户直观理解地图内的三维信息以及色彩信息。

Description

一种生成图像信息的方法、装置和电子设备
技术领域
本申请涉及信息处理技术领域,具体而言,涉及一种生成图像信息的方法、装置和电子设备。
背景技术
导航定位地图是室内机器人正常运行的基础和重点之一。目前主流的室内机器人地图是二维栅格地图,其中栅格的灰度信息为障碍物信息。但是,由于这种栅格地图保存的信息有限,所以只能为机器人的定位和感知算法中提供极为有限的信息,在人机交互的过程中非常不利于人类直观的理解。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种生成图像信息的方法、装置和电子设备,用以实现生成图像信息的过程,以便用户直观理解地图内的三维信息以及色彩信息。
第一方面,实施例提供一种生成图像信息的方法,包括:采集预设区域的三维点云信息;采集预设区域的图像数据;根据三维点云信息和图像数据生成图像矩阵;根据图像矩阵生成图像信息。
在可选的实施方式中,获取预设区域的三维点云信息,包括:采集预设区域的第一平面信息;采集预设区域的第二平面信息;以及,根据第一平面信息和第二平面信息生成三维点云信息。
在可选的实施方式中,图像数据包括像素坐标;采集预设区域的图像数据,包括:采集预设区域的参数信息、像素信息;根据参数信息生成标准坐标信息;根据像素信息和标准坐标信息生成像素坐标。
在可选的实施方式中,根据三维点云信息和图像数据生成图像矩阵,包括:筛选出同时具有三维点云信息与像素坐标的目标点信息;根据目标点信息的参数信息、像素坐标以及三维点云信息生成图像矩阵。
在可选的实施方式中,根据图像矩阵生成图像信息,包括:
根据三维点云信息生成三维地图;将图像矩阵映射至三维地图并生成图像信息。
第二方面,实施例提供一种生成图像信息的装置,包括:第采集模块,用于采集预设区域的三维点云信息;第二采集模块,用于采集预设区域的图像数据;数据获取模块,用于获取图像矩阵;图像生成模块,用于根据图像矩阵生成图像信息。
在可选的实施方式中,第一采集模块用于:采集预设区域的第一平面信息;采集预设区域的第二平面信息;以及,根据第一平面信息和第二平面信息生成三维点云信息。
在可选的实施方式中,像素图像数据包括像素坐标;第二采集模块用于:获取预设区域的参数信息、像素信息;根据参数信息生成标准坐标信息;根据像素信息和标准坐标信息生成像素坐标。
在可选的实施方式中,数据生成模块用于:筛选出同时具有三维点云信息与像素坐标的目标点信息;根据目标点信息的参数信息、像素坐标以及三维点云信息生成图像矩阵。
于一实施例中,根据图像矩阵生成图像信息,包括:根据三维点云信息生成三维地图;将图像矩阵映射至三维地图并生成图像信息。
本申请实施例第三方面提供一种电子设备,包括:存储器,用以存储计算机程序;处理器,用以执行本申请实施例第一方面及其任一实施例的方法。
本申请提供的生成图像信息的方法、装置和电子设备,根据采集预设区域的三维点云信息和采集预设区域的图像数据,然后根据三维点云信息和图像数据生成图像矩阵,并最终根据图像矩阵生成图像信息,以完成生成图像信息的过程,以便于用户直观理解地图内的三维信息以及色彩信息。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种电子设备;
图2为本申请实施例提供的一种生成图像信息的方法;
图3为本申请实施例提供的一种生成图像信息的装置。
图标:电子设备1,总线10,处理器11,存储器12,生成图像信息装置300,第一采集模块301,第二采集模块302,数据生成模块303,图像生成模块304。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行描述。
图1为本申请实施例提供的一种电子设备,包括至少一个处理器11和存储器12,图1中以一个处理器11为例。处理器11和存储器12通过总线10连接,存储器12存储有可被处理器11执行的指令,指令被处理器11执行。
于一实施例中,电子设备用以获取三维点云信息和图像数据,三维点云信息可以藉由激光雷达扫描目标区域来获取,图像数据可以藉由摄像设备拍摄目标区域来获取。
图2为本申请实施例提供的一种生成图像信息的方法,该方法可由图1所示的电子设备来执行,以实现根据采集预设区域的三维点云信息和采集预设区域的图像数据,然后获取图像矩阵,并最终根据图像矩阵生成图像信息,以完成生成图像信息的过程。该方法包括如下步骤:
步骤201:采集预设区域的三维点云信息。
在本步骤中,三维点云信息可以藉由激光雷达采集获取,激光雷达通过配置数据进行发射扫描激光,配置数据可以包括扫描频率、扫描宽度、出射角角度等关于扫描激光的数据。配置数据可以藉由处理器11实时修改,也可以预先存储在存储器12中由处理器11调用。
于一实施例中,一个激光雷达对应获取一个平面信息。激光雷达发射的扫描线是一条直线,所以水平设置一个激光雷达可以获得水平面状态的二维地图,可以理解为三维xyz坐标系中的二维xy坐标,再增加一个激光雷达,其扫描线与水平设置的激光雷达的扫描线相交,如此就可以获得三维xyz坐标系中z的坐标数据,二者结合得到完整的三维点云信息。
于一实施例中,配置数据可以是位姿信息,位姿信息是装载雷达的智能设备所处的空间坐标,以及两个雷达发射扫描激光所具有的角度等。
于一实施例中,标定信息是可以包括相对空间位置的标定和时间标定。可以理解的是,通过标定信息可以保证在构建地图之前,两个激光雷达发出的扫描激光是相交的,且二者发布激光数据的时间也是同步的。
于一实施例中,基于标定信息将位姿信息融合至三维空间信息中,生成同时适用于二维坐标系和三维坐标系的地图,相当于将二维栅格地图与三维空间信息进行拼接。
基于标定信息确定三维空间信息中与上述二维栅格地图指示的二维平面相垂直的一维信息,然后采用该一维信息对二维栅格地图进行切片式立体扫描,生成地图。
于一实施例中,装载有雷达的智能设备,在载体运动的过程中,可以采用SLAM算法,生成第一雷达的激光点云在二维坐标系的中的二维栅格地图,该二维栅格地图中包含载体在不同时间点的位置和姿态信息,相当于上述位姿信息。
步骤202:采集预设区域的图像数据。
在本步骤中,图像数据可以藉由摄像设备采集获取,获取的图像数据用于与步骤201中获取的三维点云信息组合使用,图像数据包括所使用的摄像设备的参数信息和所拍摄图像的像素信息,像素信息可以是该像素点在图像中的坐标,这些坐标构成标准坐标信息。
于一实施例中,由于摄像设备存在误差,以及镜头本身模型的问题,摄像设备所拍摄出的图像存在一定的变形,需要对摄像设备的参数进行标定。进过标定之后,摄像设备拍摄的画面中的各个像素点与空间中对应的物体相连成的直线,都可以相交于摄像头的焦点,确保图像的准确性。
于一实施例中,标定的方法可以是张正友标定法。
步骤203:根据三维点云信息和图像数据生成图像矩阵。
在本步骤中,三维点云信息可以给预设场景中的某一点赋予一个空间坐标,又该点在摄像设备拍摄时同样被赋予了一个像素坐标,二者具有等价关系,即存在图像矩阵可以计算关联三维点云和图像。
于一实施例中,将倾斜安装的激光雷达与摄像头固定,保证摄像头的视角可以尽量覆盖到激光雷达的扫描范围。但是摄像设备的摄像头的视场角相比激光雷达都会小很多,所以可以根据实际需要选择预设区域的范围,如地面和近地物体。标定时保持激光雷达和摄像头静止,记录激光雷达的点的位置信息P,因为一个激光雷达只有二维信息,因此只记录X和Y,Z均为0,以及该点在摄像头图像中的位置uv,u和v分别为横向和纵向的像素坐标。
在尽量多的找到匹配的点之后,利用最小二乘法迭代计算,求解激光雷达与摄像头之间的相对位置,并采用如下公式计算图像矩阵:
Figure BDA0002367532560000061
其中,uv为目标点i的像素坐标,Pl为目标点i对应的三维点云信息,K为参数信息,Tcl为图像矩阵。i为目标点的编号,N为目标点的个数,Tcl为从摄像头到激光雷达的变形矩阵(transfrom matrix),其中c代表相机camera,l代表激光器laser。
步骤204:根据图像矩阵生成图像信息。
在本步骤中,藉由步骤203计算的图像矩阵,将三维点云信息和图像信息整合,生成带有图像的三维地图。
于一实施例中,在记录一线激光雷达数据的同时,计算各个激光点在摄像头图像上的位置,将对应图像像素的RGB彩色信息记录,与倾斜一线激光雷达数据一起保存。
利用步骤203中生成的图像矩阵,将步骤202中采集的数据,通过步骤201中各个传感器到载体的标定信息统一映射到载体坐标系下进行数据拼接。其中,水平安装的激光雷达数据拼接生成二维栅格地图,结合倾斜安装的激光雷达生成三维点云地图。因为倾斜安装的激光雷达数据同时保存有空间位置信息和颜色信息,所以最终生成的点云地图为彩色地图。
图3为本申请实施例提供的一种生成图像信息装置300,该装置可以应用于图1所示的电子设备作为终端或服务器来执行,以实现根据终端获取预设区域的三维点云信息和获取预设区域的图像数据,然后根据三维点云信息和图像数据生成图像矩阵,并最终根据图像矩阵生成图像信息,以完成生成图像信息的过程。该装置包括:第一采集模块301、第二采集模块302、数据获取模块303和图像生成模块304,各个模块的原理关系如下:
第一采集模块301,用于获取预设区域的三维点云信息;第二采集模块302,用于获取预设区域的图像数据;数据生成模块303,用于根据三维点云信息和图像数据生成图像矩阵;图像生成模块304,用于根据图像矩阵生成图像信息。
于一实施例中,第一采集模块301用于获取预设区域的第一平面信息;获取预设区域的第二平面信息;其中,第一平面与第二平面的夹角为锐角;以及,根据第一平面信息和第二平面信息生成三维点云信息。
于一实施例中,第二采集模块302用于获取预设区域的参数信息、像素信息;根据参数信息生成标准坐标信息;根据像素信息和标准坐标信息生成像素坐标。
于一实施例中,数据生成模块303用于筛选出同时具有三维点云信息与像素坐标的目标点信息;采用如下公式计算图像矩阵:
Figure BDA0002367532560000081
其中,uv为目标点i的像素坐标,Pl为目标点i对应的三维点云信息,K为参数信息,Tcl为图像矩阵。i为目标点的编号,N为目标点的个数,Tcl为从摄像头到激光雷达的变形矩阵(transfrom matrix),其中c代表相机camera,l代表激光器laser。
上述生成图像信息装置300的详细描述,请参见上述实施例中相关方法步骤的描述。
在本申请所提供的实施例中,应该理解到,所揭露装置和方法,可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,又例如,多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
另外,作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者,在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分,也可以是各个模块单独存在,也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
需要说明的是,功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请的保护范围,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生成图像信息的方法,其特征在于,包括:
采集预设区域的三维点云信息;
采集所述预设区域的图像数据;
根据所述三维点云信息和所述图像数据生成图像矩阵;以及
根据所述图像矩阵生成所述图像信息。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述采集预设区域的三维点云信息,包括:
采集所述预设区域的第一平面信息;
采集所述预设区域的第二平面信息;以及
根据所述第一平面信息和所述第二平面信息生成所述三维点云信息。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述图像数据包括像素坐标;所述采集所述预设区域的图像数据,包括:
采集所述预设区域的参数信息、像素信息;
根据所述参数信息生成标准坐标信息;以及
根据所述像素信息和所述标准坐标信息生成所述像素坐标。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述根据所述三维点云信息和所述图像数据生成图像矩阵,包括:
筛选出同时具有所述三维点云信息与所述像素坐标的目标点信息;
根据所述目标点信息的所述参数信息、所述像素坐标以及所述三维点云信息生成所述图像矩阵。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述根据所述图像矩阵生成所述图像信息,包括:
根据所述三维点云信息生成三维地图;以及
将所述图像矩阵映射至所述三维地图并生成图像信息。
6.一种生成图像信息的装置,其特征在于,包括:
第一采集模块,用于采集预设区域的三维点云信息;
第二采集模块,用于采集所述预设区域的图像数据;
数据生成模块,用于根据所述三维点云信息和所述图像数据生成图像矩阵;
图像生成模块,用于根据所述图像矩阵生成所述图像信息。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述第一采集模块用于:
采集所述预设区域的第一平面信息;
采集所述预设区域的第二平面信息;以及,
根据所述第一平面信息和所述第二平面信息生成所述三维点云信息。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述像素图像数据包括像素坐标;所述第二采集模块用于:
采集所述预设区域的参数信息、像素信息;
根据所述参数信息生成标准坐标信息;
根据所述像素信息和所述标准坐标信息生成所述像素坐标。
9.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述数据生成模块用于:
筛选出同时具有所述三维点云信息与所述像素坐标的目标点信息;
根据所述目标点信息的所述参数信息、所述像素坐标以及所述三维点云信息生成所述图像矩阵。
10.一种电子设备,其特征在于,包括:
存储器,用以存储计算机程序;
处理器,用以执行如权利要求1至5中任一项所述的方法。
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