CN111665498A - 环境视图的测绘方法、装置、便携式探测设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种环境视图的测绘方法、装置和便携式探测设备，以及计算机设备和计算机可读存储介质。其中，该方法包括：通过可旋转的毫米波雷达采集空间位置的第一环境数据，以及通过方位传感器采集探测设备的姿态数据，其中，所述毫米波雷达设置在所述探测设备上，所述第一环境数据用于表征探测点的位置信息和运动状态；根据所述姿态数据矫正所述第一环境数据，得到第二环境数据；基于所述第二环境数据构建所述探测设备所在空间的环境视图。通过本申请，解决相关技术在特殊环境重建时准确率低问题，实现了特殊场景下的环境重建，降低环境重建功能的使用门槛，便于在特殊场景之中，快速、便捷的进行环境重建。

Description

环境视图的测绘方法、装置、便携式探测设备

技术领域

本申请涉及电子领域，特别是涉及环境视图的测绘方法、装置和便携式探测设备。

背景技术

环境重建是利用探测技术获取周边环境的布局情况，进而将其构建成环境的虚拟视图，在无人巡逻，室内测绘等领域应用前景巨大。

相关技术中，采用激光雷达作为探测器，进行环境探测和重建，但是，基于激光自身的特点，导致其抗干扰性弱，尤其是在存在烟雾、雾霾等强干扰的环境，激光的穿透性弱，准确率低，不能达到理想的效果，限制了环境重建的使用场景。

目前针对相关技术在特殊环境重建时准确率低的问题，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种环境视图的测绘方法、装置和便携式探测设备，以至少解决相关技术在特殊环境重建时准确率低问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种环境视图的测绘方法，包括：通过可旋转的毫米波雷达采集空间位置的第一环境数据，以及通过方位传感器采集探测设备的姿态数据，其中，所述毫米波雷达设置在所述探测设备上，所述第一环境数据用于表征探测点的位置信息和运动状态；根据所述姿态数据矫正所述第一环境数据，得到第二环境数据；基于所述第二环境数据构建所述探测设备所在空间的环境视图。

在其中一些实施例中，通过可旋转的毫米波雷达采集空间位置的第一环境数据包括：生成驱动信号，其中，所述驱动信号用于控制所述毫米波雷达沿预定方向旋转设定时长；在所述毫米波雷达旋转过程中，采集所述毫米波雷达探测到的点云数据。

在其中一些实施例中，通过可旋转的毫米波雷达采集空间位置的第一环境数据包括：通过可旋转的毫米波雷达探测空间中每个点的以下目标数据至少之一：距离、方位角、速度、信噪比；将所述目标数据转换为点云数据。

在其中一些实施例中，根据所述姿态数据矫正所述第一环境数据，得到第二环境数据，包括：对所述第一环境数据进行角度矫正，得到中间数据；根据所述姿态数据对所述中间数据进行姿态角矫正，得到所述第二环境数据。

在其中一些实施例中，所述第一环境数据包括角度值和坐标值，对所述第一环境数据进行角度矫正，得到中间数据，包括：针对不同旋转时刻的角度值，采用以下算法进行矫正：

angle′(t)＝angle(t)+(t-t₂)×w；

其中，t为旋转时刻，angle(t)为矫正前的源角度值，angle′(t)为矫正后的目标角度值，t₂为旋转起始时刻，w为旋转角速度；采用以下算法计算探测点的坐标值为：

x＝range×sin(angle′)；

y＝range×cos(angle′)；

z＝0。

在其中一些实施例中，根据所述姿态数据对所述中间数据进行姿态角矫正，得到所述第二环境数据，包括：将所述方位传感器在旋转起始时刻的姿态角减去所述毫米波雷达在所述旋转起始时刻的姿态角，得到偏差值，其中，所述姿态角包括：俯仰角，横滚角，航偏角；通过以下算法计算探测点的坐标值(x′,y′,z′)为：

其中，α、β、γ分别表示姿态角中俯仰角、横滚角，航偏角的偏差值，x、y、z分别为探测点在姿态角矫正前的横轴坐标值、纵轴坐标值、竖轴坐标值。

在其中一些实施例中，所述第一环境数据包括速度值，在基于所述第二环境数据构建所述探测设备所在空间的环境视图之前，所述方法还包括：在所述第二环境数据中筛选速度值不为0的干扰数据；在所述第二环境数据中过滤所述干扰数据。

在其中一些实施例中，在基于所述第二环境数据构建所述探测设备所在空间的环境视图之后，所述方法还包括：在所述探测设备的展示界面上显示所述环境视图。

第二方面，本申请实施例提供了一种环境视图的测绘装置，包括：采集模块，用于通过可旋转的毫米波雷达采集空间位置的第一环境数据，以及通过方位传感器采集探测设备的姿态数据，其中，所述毫米波雷达设置在所述探测设备上，所述第一环境数据用于表征探测点的位置信息和运动状态；矫正模块，用于根据所述姿态数据矫正所述第一环境数据，得到第二环境数据；构建模块，用于基于所述第二环境数据构建所述探测设备所在空间的环境视图。

在其中一些实施例中，所述采集模块包括：生成单元，用于生成驱动信号，其中，所述驱动信号用于控制所述毫米波雷达沿预定方向旋转设定时长；采集单元，用于在所述毫米波雷达旋转过程中，采集所述毫米波雷达探测到的点云数据。

在其中一些实施例中，所述采集模块包括：探测单元，用于通过可旋转的毫米波雷达探测空间中每个点的以下目标数据至少之一：距离、方位角、速度、信噪比；转换单元，用于将所述目标数据转换为点云数据。

在其中一些实施例中，所述矫正模块包括：第一矫正单元，用于对所述第一环境数据进行角度矫正，得到中间数据；第二矫正单元，用于根据所述姿态数据对所述中间数据进行姿态角矫正，得到所述第二环境数据。

在其中一些实施例中，所述第一环境数据包括角度值和坐标值，所述第一矫正单元还用于：针对不同旋转时刻的角度值，采用以下算法进行矫正：

angle′(t)＝angle(t)+(t-t₂)×w；

其中，t为旋转时刻，angle(t)为矫正前的源角度值，angle′(t)为矫正后的目标角度值，t₂为旋转起始时刻，w为旋转角速度；

采用以下算法计算探测点的坐标值为：

x＝range×sin(angle′)；

y＝range×cos(angle′)；

z＝0。

在其中一些实施例中，所述第二矫正单元还用于：将所述方位传感器在旋转起始时刻的姿态角减去所述毫米波雷达在所述旋转起始时刻的姿态角，得到偏差值，其中，所述姿态角包括：俯仰角，横滚角，航偏角；通过以下算法计算探测点的坐标值(x′,y′,z′)为：

其中，α、β、γ分别表示姿态角中俯仰角、横滚角，航偏角的偏差值，x、y、z分别为探测点在姿态角矫正前的横轴坐标值、纵轴坐标值、竖轴坐标值。

在其中一些实施例中，所述第一环境数据包括速度值，所述装置还包括：筛选模块，用于在所述构建模块基于所述第二环境数据构建所述探测设备所在空间的环境视图之前，在所述第二环境数据中筛选速度值不为0的干扰数据；过滤模块，用于在所述第二环境数据中过滤所述干扰数据。

在其中一些实施例中，所述装置还包括：显示模块，用于在所述构建模块基于所述第二环境数据构建所述探测设备所在空间的环境视图之后，在所述探测设备的展示界面上显示所述环境视图。

第三方面，本申请实施例提供了一种便携式探测设备，包括：可旋转的毫米波雷达，方位传感器，处理单元，旋转单元，显示单元，其中，所述毫米波雷达，与所述处理单元和所述旋转单元连接，用于探测第一环境数据，所述第一环境数据用于表征探测点的位置信息和运动状态；所述方位传感器，与所述处理单元连接，用于采集所述探测设备的姿态数据；所述旋转单元，与所述毫米波雷达和所述处理单元连接，用于根据所述处理单元的控制指令驱动所述毫米波雷达沿预定方向旋转设定时长；所述显示单元，与所述处理单元连接，用于在展示界面上显示所述环境视图；所述处理单元，与所述毫米波雷达、所述方位传感器、所述旋转单元、所述显示单元连接，包括如上述实施例所描述的测绘装置。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的测绘方法。

第五方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的测绘方法。

相比于相关技术，本申请实施例提供的方案，解决了解决相关技术在特殊环境重建时准确率低问题，实现了特殊场景下的环境重建，降低环境重建功能的使用门槛，便于在特殊场景(例如火场)之中，快速、便捷的进行环境重建。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的用户终端的结构框图；

图2是根据本申请实施例的一种环境视图的测绘方法的流程图；

图3是本发明一个优选实施例的流程图；

图4是本优选实施例进行筛选前后的对比示意图；

图5是本优选实施例进行环境重建之后的二维视图；

图6是根据本申请实施例的一种环境视图的测绘装置的结构框图；

图7是根据本申请实施例的便携式探测设备的结构框图；

图8为根据本申请实施例的环境视图的测绘设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

本实施例提供了一种用户终端，可以是探测设备，测绘设备等。图1是根据本申请实施例的用户终端的结构框图。如图1所示，该用户终端包括：射频(Radio Frequency，简称为RF)电路110、存储器120、输入单元130、显示单元140、传感器150、音频电路160(可选)、无线保真(wireless fidelity，简称为WiFi)模块170(可选)、处理器180、以及电源190等部件。本领域技术人员可以理解，图1中示出的用户终端结构并不构成对用户终端的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

下面结合图1对用户终端的各个构成部件进行具体的介绍：

RF电路110可用于收发信息过程中，信号的接收和发送，特别地，将基站的下行信息接收后，给处理器180处理；另外，将设计上行的数据发送给基站。通常，RF电路包括但不限于天线、至少一个放大器、收发信机、耦合器、低噪声放大器(Low Noise Amplifier，简称为LNA)、双工器等。此外，RF电路10还可以通过无线通信与网络和其他设备通信。上述无线通信可以使用任一通信标准或协议，包括但不限于全球移动通讯系统(Global System ofMobile communication，简称为GSM)、通用分组无线服务(General Packet RadioService，简称为GPRS)、码分多址(Code Division Multiple Access，简称为CDMA)、宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，简称为WCDMA)、长期演进(Long TermEvolution，简称为LTE)、NR、电子邮件、短消息服务(Short Messaging Service，简称为SMS)等。

存储器120可用于存储软件程序以及模块，处理器180通过运行存储在存储器120的软件程序以及模块，从而执行用户终端的各种功能应用以及数据处理。存储器120可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据用户终端的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器120可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

输入单元130可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与用户终端100的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。具体地，输入单元130可包括触控面板131以及其他输入设备132。触控面板131，也称为触摸屏，可收集用户在其上或附近的触摸操作(比如用户使用手指、触笔等任何适合的物体或附件在触控面板131上或在触控面板131附近的操作)，并根据预先设定的程式驱动相应的连接装置。可选的，触控面板131可包括触摸检测装置和触摸控制器两个部分。其中，触摸检测装置检测用户的触摸方位，并检测触摸操作带来的信号，将信号传送给触摸控制器；触摸控制器从触摸检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给处理器180，并能接收处理器180发来的命令并加以执行。此外，可以采用电阻式、电容式、红外线以及表面声波等多种类型实现触控面板131。除了触控面板131，输入单元130还可以包括其他输入设备132。具体地，其他输入设备132可以包括但不限于物理键盘、功能键(比如音量控制按键、开关按键等)、轨迹球、鼠标、操作杆等中的一种或多种。

显示单元140可用于显示由用户输入的信息或提供给用户的信息以及用户终端的各种菜单。显示单元140可包括显示面板141，可选的，可以采用液晶显示器(LiquidCrystal Display，简称为LCD)、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，简称为OLED)等形式来配置显示面板141。进一步的，触控面板131可覆盖显示面板141，当触控面板131检测到在其上或附近的触摸操作后，传送给处理器180以确定触摸事件的类型，随后处理器180根据触摸事件的类型在显示面板141上提供相应的视觉输出。虽然在图1中，触控面板131与显示面板141是作为两个独立的部件来实现用户终端的输入和输入功能，但是在某些实施例中，可以将触控面板131与显示面板141集成而实现用户终端的输入和输出功能。

用户终端100还可包括至少一种传感器150，比如光传感器、运动传感器以及其他传感器。具体地，光传感器可包括环境光传感器及接近传感器，其中，环境光传感器可根据环境光线的明暗来调节显示面板141的亮度，接近传感器可在用户终端移动到耳边时，关闭显示面板141和/或背光。作为运动传感器的一种，加速计传感器可检测各个方向上(一般为三轴)加速度的大小，静止时可检测出重力的大小及方向，可用于识别用户终端姿态的应用(比如横竖屏切换、相关游戏、磁力计姿态校准)、振动识别相关功能(比如计步器、敲击)等；至于用户终端还可配置的陀螺仪、气压计、湿度计、温度计、红外线传感器等其他传感器，在此不再赘述。

音频电路160、扬声器161，传声器162可提供用户与用户终端之间的音频接口。音频电路160可将接收到的音频数据转换后的电信号，传输到扬声器161，由扬声器161转换为声音信号输出；另一方面，传声器162将收集的声音信号转换为电信号，由音频电路160接收后转换为音频数据，再将音频数据输出处理器180处理后，经RF电路110以发送给比如另一用户终端，或者将音频数据输出至存储器120以便进一步处理。

WiFi属于短距离无线传输技术，用户终端通过WiFi模块170可以帮助用户收发电子邮件、浏览网页和访问流式媒体等，它为用户提供了无线的宽带互联网访问。虽然图1示出了WiFi模块170，但是可以理解的是，其并不属于用户终端100的必须构成，完全可以根据需要在不改变发明的本质的范围内而省略，或者替换为其他的短距离无线传输模块，例如Zigbee模块、或者WAPI模块等。

处理器180是用户终端的控制中心，利用各种接口和线路连接整个用户终端的各个部分，通过运行或执行存储在存储器120内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器120内的数据，执行用户终端的各种功能和处理数据，从而对用户终端进行整体监控。可选的，处理器180可包括一个或多个处理单元；优选的，处理器180可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器180中。

用户终端100还包括给各个部件供电的电源190(比如电池)，优选的，电源可以通过电源管理系统与处理器180逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。

尽管未示出，用户终端100还可以包括摄像头、蓝牙模块等，在此不再赘述。

本实施例还提供了一种环境视图的测绘方法。图2是根据本申请实施例的一种环境视图的测绘方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

步骤S201，通过可旋转的毫米波雷达采集空间位置的第一环境数据，以及通过方位传感器采集探测设备的姿态数据，其中，毫米波雷达设置在探测设备上，第一环境数据用于表征探测点的位置信息和运动状态。

在本实施例中，毫米波雷达通过旋转，可以驻留在不同的空间位置，从而在不同的空间位置进行探测，采集探测点的第一环境数据。

可选的，本实施例的方位传感器可以是六轴传感器，但也可以是其他能够感应方位角的传感器。

步骤S202，根据姿态数据矫正第一环境数据，得到第二环境数据。

本实施例应用在可携带的探测设备上，由于设备本身的运动和毫米波雷达的旋转，必然导致毫米波雷达采集到的数据存在抖动干扰和角度偏差，本实施例通过矫正，可以保证数据的准确性。

步骤S203，基于第二环境数据构建探测设备所在空间的环境视图。

通过上述步骤，使用窄波束的毫米波雷达作为传感器，其抗干扰性更加优越，不受光照，烟雾颗粒等干扰源影响，在特殊环境(例如火场)下，可以实现更好的环境构建能力。通过引入方位传感器，采用了方位传感器来矫正使用过程中机械晃动及手持晃动产生的偏差，可以使用在便携式和移动式的探测设备中，拥有更好的探测精度，解决相关技术在特殊环境重建时准确率低问题，实现了特殊场景下的环境重建，降低环境重建功能的使用门槛，便于在特殊场景(例如火场等强干扰场景)之中，快速、便捷的进行环境重建。

在其中一些实施例中，通过可旋转的毫米波雷达采集空间位置的第一环境数据包括：生成驱动信号，其中，驱动信号用于控制毫米波雷达沿预定方向旋转设定时长；在毫米波雷达旋转过程中，采集毫米波雷达探测到的点云数据。可选的，预定方向可以是水平方向，但也可以根据探测空间的构造和探测设备的位置进行适应性选择。

在其中一些实施例中，通过可旋转的毫米波雷达采集空间位置的第一环境数据包括：通过可旋转的毫米波雷达探测空间中每个点的以下目标数据至少之一：距离、方位角、速度、信噪比；将目标数据转换为点云数据。在本实施例中，点云数据结构包含了每个探测点的距离，方位角，速度，信噪比等数据。本实施例使用点云数据传输，可以提高数据的传输效率和处理效率。

在其中一些实施例中，毫米波雷达与方位传感器一起旋转，相对静止，若一起旋转，则可直接使用方位传感器输出值进行校准，将第一环境数据中的角度参数(如方位角)替换为方位传感器感应到的角度参数。

在其中一些实施例中，仅毫米波雷达旋转，方位传感器与探测设备的本体固定连接，在这种实例中，根据姿态数据矫正第一环境数据，得到第二环境数据，包括如下步骤：

S11，对第一环境数据进行角度矫正，得到中间数据。

在本实施例的一个实施方式中，第一环境数据包括角度值和坐标值，对第一环境数据进行角度矫正，得到中间数据，包括：针对不同旋转时刻的角度值，采用以下算法进行矫正：

angle′(t)＝angle(t)+(t-t₂)×w；

其中，t为旋转时刻，angle(t)为矫正前的源角度值，angle′(t)为矫正后的目标角度值，t₂为旋转起始时刻，w为旋转角速度；

采用以下算法计算探测点的坐标值为：

x＝range×sin(range′)；

y＝range×cos(angle′)；

z＝0。

其中，range即第一环境数据中的探测距离，即t时刻的探测距离。

上述实施方式适用二维探测和重建二维环境视图的场景，在另外一些实施方式中，对房间进行三维探测，在这种情况下，x和y轴的坐标值不变：

z＝range×sin(angle″)；

angle″(t)＝angle′(t)+(t-t₂)×w。

S12，根据姿态数据对中间数据进行姿态角矫正，得到第二环境数据。

在本实施例的一个实施方式中根据姿态数据对中间数据进行姿态角矫正，得到第二环境数据，包括：将方位传感器在旋转起始时刻的姿态角减去毫米波雷达在旋转起始时刻的姿态角，得到偏差值，其中，姿态角包括：俯仰角，横滚角，航偏角；通过以下算法计算探测点的坐标值(x′,y′,z′)为：

其中，α、β、γ分别表示姿态角中俯仰角、横滚角，航偏角的偏差值，x、y、z分别为探测点在姿态角矫正前的横轴坐标值、纵轴坐标值、竖轴坐标值。

在其中一些实施例中，第一环境数据包括速度值，在基于第二环境数据构建探测设备所在空间的环境视图之前，还包括：在第二环境数据中筛选速度值不为0的干扰数据；在第二环境数据中过滤干扰数据。

在其中一些实施例中，在基于第二环境数据构建探测设备所在空间的环境视图之后，还包括：在探测设备的展示界面上显示环境视图。当然，也可以使用通信接口将环境视图发送到远程设备上，在远程设备上进行实时展示，实现远程控制和展示，可以适用在无人值守和无人探测的场景中。

下面通过优选实施例对本申请实施例进行描述和说明。

图3是本发明一个优选实施例的流程图，其中，方位传感器选用六轴传感器，水平旋转单元驱动毫米波雷达，处理单元进行控制，在实施流程中，毫米波雷达探测的频率为每秒N次，也就是说每秒毫米波雷达探测单元可以给出N次点云数据。而水平旋转单元旋转角速度受处理单元控制为w，旋转一周需要的时间为：

处理单元控制水平旋转单元旋转的开始和停止，开始时刻与停止时刻分别问t₂和t₃，因此也有：

t₃-t₂＝T_c；

在一次旋转过程中，毫米波雷达对环境探测的总帧数为：

F_t＝T_c×N；

帧与帧之间的角度差为：

在角度矫正过程中，由于在毫米波雷达单元旋转的过程中实际场景并没有跟着旋转，而雷达探测的点云又是相对于雷达位置给出的距离、角度、速度等信息，因此，需要对不同时间处于不同角度探测回来的点云数据进行角度上的矫正。表1示意了在不同探测时刻的点云数据。

表1

对不同时刻的点云数据，对点云数据中的角度值进行矫正：

angle′(t)＝angle(t)+(t-t₂)×w；

角度值矫正之后，可以按照距离与矫正之后的角度值换算，算出探测点在坐标轴中的坐标值：

x＝range×sin(range′)；

y＝range×cos(angle′)；

z＝0。

本实施方式仅示意对房间进行二维探测，故z轴坐标可设为0。

在姿态角矫正过程中，由于本实施例的探测设备为手持设备，在正常手举，旋转单元开始旋转时，难免会有轻微晃动，这样的晃动会产生一部分的探测偏差，为了排除这个偏差，采用六轴传感器对手持设备的姿态角进行实时探测，并将旋转单元旋转过程中的所有姿态角数据保存，进行后续的姿态角矫正。姿态角分为三个角度，俯仰角，横滚角，航偏角，将每一时刻六轴传感器上传的三个角数据与t₂时刻保存的三个角数据向减，便可得到每一时刻相较于初始时刻t₂的姿态角偏差。此处分别用α、β、γ来表示俯仰角、横滚角以及航偏角的偏差值。从上一步中已知，矫正前的探测点坐标为(x,y,z,1)，其中z为0，为了方便计算，加入了一个1，于是有：

那么，矫正后的探测点坐标(x′,y′,z′)为：

在数据筛选过程中，完成角度矫正以及姿态角矫正后，将所有点云数据进行筛选。由于毫米波雷达处于水平旋转状态，也可以说是周边环境以雷达为参照物进行反向旋转，而毫米波雷达只能探测到物体的径向速度，无法探测到切向速度，因此周边环境在相对旋转时，其速度应为0。而相对于墙壁、障碍物等物体来说，杂波干扰产生的点云数据往往拥有更低的信噪比。因此，过滤径向速度不为零，信噪比值过低的点数据。图4是本优选实施例进行筛选前后的对比示意图，可见，在筛选后，点云更加清洗，噪点更少。

在环境重建时，完成数据筛选后，点云图呈现出来相对干净的环境点云，使用图像算法对点云图进行重建并对各条边标注长度。图5是本优选实施例进行环境重建之后的二维视图，可展示房间各个墙面的长度和走势。

需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本实施例还提供了一种环境视图的测绘装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”、“单元”、“子单元”等可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图6是根据本申请实施例的一种环境视图的测绘装置的结构框图，如图6所示，该装置包括：

采集模块60，用于通过可旋转的毫米波雷达采集空间位置的第一环境数据，以及通过方位传感器采集探测设备的姿态数据，其中，毫米波雷达设置在探测设备上，第一环境数据用于表征探测点的位置信息和运动状态。

矫正模块62，用于根据姿态数据矫正第一环境数据，得到第二环境数据。

构建模块64，用于基于第二环境数据构建探测设备所在空间的环境视图。

在本实施例的一个实施方式中，采集模块包括：生成单元，用于生成驱动信号，其中，驱动信号用于控制毫米波雷达沿预定方向旋转设定时长；采集单元，用于在毫米波雷达旋转过程中，采集毫米波雷达探测到的点云数据。

在本实施例的一个实施方式中，采集模块包括：探测单元，用于通过可旋转的毫米波雷达探测空间中每个点的以下目标数据至少之一：距离、方位角、速度、信噪比；转换单元，用于将目标数据转换为点云数据。

在本实施例的一个实施方式中，矫正模块包括：第一矫正单元，用于对第一环境数据进行角度矫正，得到中间数据；第二矫正单元，用于根据姿态数据对中间数据进行姿态角矫正，得到第二环境数据。

在本实施例的一个实施方式中，第一环境数据包括角度值和坐标值，第一矫正单元还用于：针对不同旋转时刻的角度值，采用以下算法进行矫正：

angle′(t)＝angle(t)+(t-t₂)×w；

其中，t为旋转时刻，angle(t)为矫正前的源角度值，angle′(t)为矫正后的目标角度值，t₂为旋转起始时刻，w为旋转角速度；

采用以下算法计算探测点的坐标值为：

x＝range×sin(angle′)；

y＝range×cos(angle′)；

z＝0。

在本实施例的一个实施方式中，第二矫正单元还用于：将方位传感器在旋转起始时刻的姿态角减去毫米波雷达在旋转起始时刻的姿态角，得到偏差值，其中，姿态角包括：俯仰角，横滚角，航偏角；通过以下算法计算探测点的坐标值(x′,y′,z′)为：

其中，α、β、γ分别表示姿态角中俯仰角、横滚角，航偏角的偏差值，x、y、z分别为探测点在姿态角矫正前的横轴坐标值、纵轴坐标值、竖轴坐标值。

在本实施例的一个实施方式中，第一环境数据包括速度值，装置还包括：筛选模块，用于在构建模块基于第二环境数据构建探测设备所在空间的环境视图之前，在第二环境数据中筛选速度值不为0的干扰数据；过滤模块，用于在第二环境数据中过滤干扰数据。

在本实施例的一个实施方式中，装置还包括：显示模块，用于在构建模块基于第二环境数据构建探测设备所在空间的环境视图之后，在探测设备的展示界面上显示环境视图。

图7是根据本申请实施例的便携式探测设备的结构框图，如图7所示，该设备包括：可旋转的毫米波雷达70，方位传感器72，处理单元74，旋转单元76，以及显示单元78，其中，

毫米波雷达70，与处理单元74和旋转单元78连接，用于探测第一环境数据，第一环境数据用于表征探测点的位置信息和运动状态；毫米波雷达对周边环境进行探测，并以点云的形式向处理单元传递探测数据，点云的数据结构往往包含了每个点的距离，方位角，速度，信噪比等数据。

方位传感器72，与处理单元74连接，用于采集探测设备的姿态数据；可选的，方位传感器72为六轴传感器，用于对手持设备目前的姿态角进行估计，包括俯仰角、横滚角、航偏角，获取每个时刻的三个角度值，与初始状态的角度值进行比较，用于修正每一时刻各个方向上的角度偏差。在一些实例中，六轴传感器可选是否与水平旋转单元一起旋转，若与水平旋转单元一起旋转，则可直接使用六轴传感器输出值进行校准。

旋转单元78，与毫米波雷达70和处理单元74连接，用于根据处理单元的控制指令驱动毫米波雷达沿预定方向旋转设定时长；用于对毫米波雷达单元起到支撑旋转作用，它接收来自处理单元74的旋转控制指令，完成一定角速度内的圆周旋转。

显示单元78，与处理单元74连接，用于在展示界面上显示环境视图；将从处理单元接收到的图片数据进行显示，显示的最终结果即环境重建结果。

处理单元74，与毫米波雷达70、方位传感器72、旋转单元76、显示单元78连接，包括上述实施例所描述的测绘装置。向水平旋转单元发送控制旋转命令，并将水平旋转过程中的点云全部收回记录，基于点云数据的基础上进行数据分析以及场景重建，然后，处理单元74会将重建结果以图像的形式发给显示单元进行显示。

在一个实施方式中，便携式探测设备还包括供电单元，用于对上述所有单元进行供电。

需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

另外，结合图1描述的本申请实施例环境视图的测绘方法可以由环境视图的测绘设备来实现。图8为根据本申请实施例的环境视图的测绘设备的硬件结构示意图。

环境视图的测绘设备可以包括处理器81以及存储有计算机程序指令的存储器82。

具体地，上述处理器81可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

其中，存储器82可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器82可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，简称为HDD)、软盘驱动器、固态驱动器(SolidState Drive，简称为SSD)、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal SerialBus，简称为USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器82可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器82可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器82是非易失性(Non-Volatile)存储器。在特定实施例中，存储器82包括只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)和随机存取存储器(RandomAccess Memory，简称为RAM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(ProgrammableRead-Only Memory，简称为PROM)、可擦除PROM(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称为EPROM)、电可擦除PROM(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称为EEPROM)、电可改写ROM(Electrically Alterable Read-OnlyMemory，简称为EAROM)或闪存(FLASH)或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，该RAM可以是静态随机存取存储器(Static Random-Access Memory，简称为SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，简称为DRAM)，其中，DRAM可以是快速页模式动态随机存取存储器(Fast Page Mode Dynamic Random Access Memory，简称为FPMDRAM)、扩展数据输出动态随机存取存储器(Extended Date Out Dynamic RandomAccess Memory，简称为EDODRAM)、同步动态随机存取内存(Synchronous Dynamic Random-Access Memory，简称SDRAM)等。

存储器82可以用来存储或者缓存需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器81所执行的可能的计算机程序指令。

处理器81通过读取并执行存储器82中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种环境视图的测绘方法。

在其中一些实施例中，环境视图的测绘设备还可包括通信接口83和总线80。其中，如图8所示，处理器81、存储器82、通信接口83通过总线80连接并完成相互间的通信。

通信接口83用于实现本申请实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。通信接口83还可以实现与其他部件例如：外接设备、图像/数据采集设备、数据库、外部存储以及图像/数据处理工作站等之间进行数据通信。

总线80包括硬件、软件或两者，将环境视图的测绘设备的部件彼此耦接在一起。总线80包括但不限于以下至少之一：数据总线(Data Bus)、地址总线(Address Bus)、控制总线(Control Bus)、扩展总线(Expansion Bus)、局部总线(Local Bus)。举例来说而非限制，总线80可包括图形加速接口(Accelerated Graphics Port，简称为AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(Extended Industry Standard Architecture，简称为EISA)总线、前端总线(Front Side Bus，简称为FSB)、超传输(Hyper Transport，简称为HT)互连、工业标准架构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、无线带宽(InfiniBand)互连、低引脚数(Low Pin Count，简称为LPC)总线、存储器总线、微信道架构(Micro ChannelArchitecture，简称为MCA)总线、外围组件互连(Peripheral Component Interconnect，简称为PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(Serial AdvancedTechnology Attachment，简称为SATA)总线、视频电子标准协会局部(Video ElectronicsStandards Association Local Bus，简称为VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线80可包括一个或多个总线。尽管本申请实施例描述和示出了特定的总线，但本申请考虑任何合适的总线或互连。

另外，结合上述实施例中的环境视图的测绘方法，本申请实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种环境视图的测绘方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种环境视图的测绘方法，其特征在于，包括：

通过可旋转的毫米波雷达采集空间位置的第一环境数据，以及通过方位传感器采集探测设备的姿态数据，其中，所述毫米波雷达设置在所述探测设备上，所述第一环境数据用于表征探测点的位置信息和运动状态；

根据所述姿态数据矫正所述第一环境数据，得到第二环境数据；

基于所述第二环境数据构建所述探测设备所在空间的环境视图。

2.根据权利要求1所述的测绘方法，其特征在于，通过可旋转的毫米波雷达采集空间位置的第一环境数据包括：

生成驱动信号，其中，所述驱动信号用于控制所述毫米波雷达沿预定方向旋转设定时长；

在所述毫米波雷达旋转过程中，采集所述毫米波雷达探测到的点云数据。

3.根据权利要求1所述的测绘方法，其特征在于，通过可旋转的毫米波雷达采集空间位置的第一环境数据包括：

通过可旋转的毫米波雷达探测空间中每个点的以下目标数据至少之一：距离、方位角、速度、信噪比；

将所述目标数据转换为点云数据。

4.根据权利要求1所述的测绘方法，其特征在于，根据所述姿态数据矫正所述第一环境数据，得到第二环境数据，包括：

对所述第一环境数据进行角度矫正，得到中间数据；

根据所述姿态数据对所述中间数据进行姿态角矫正，得到所述第二环境数据。

5.根据权利要求4所述的测绘方法，其特征在于，所述第一环境数据包括角度值和坐标值，对所述第一环境数据进行角度矫正，得到中间数据，包括：

针对不同旋转时刻的角度值，采用以下算法进行矫正：

angle′(t)＝angle(t)+(t-t₂)×w，

其中，t为旋转时刻，angle(t)为矫正前的源角度值，angle′(t)为矫正后的目标角度值，t₂为旋转起始时刻，w为旋转角速度；

采用以下算法计算探测点的坐标值：

x＝range×sin(angle′)，

y＝range×cos(angle′)，

z＝0。

6.根据权利要求4所述的测绘方法，其特征在于，根据所述姿态数据对所述中间数据进行姿态角矫正，得到所述第二环境数据，包括：

将所述方位传感器在旋转起始时刻的姿态角减去所述毫米波雷达在所述旋转起始时刻的姿态角，得到偏差值，其中，所述姿态角包括：俯仰角，横滚角，航偏角；

通过以下算法计算探测点的坐标值(x′，y′，z′)为：

其中，α、β、γ分别表示姿态角中俯仰角、横滚角，航偏角的偏差值，x、y、z分别为探测点在姿态角矫正前的横轴坐标值、纵轴坐标值、竖轴坐标值。

7.根据权利要求1所述的测绘方法，其特征在于，所述第一环境数据包括速度值，在基于所述第二环境数据构建所述探测设备所在空间的环境视图之前，所述方法还包括：

在所述第二环境数据中筛选速度值不为0的干扰数据；

在所述第二环境数据中过滤所述干扰数据。

8.根据权利要求1所述的测绘方法，其特征在于，在基于所述第二环境数据构建所述探测设备所在空间的环境视图之后，所述方法还包括：

在所述探测设备的展示界面上显示所述环境视图。

9.一种环境视图的测绘装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于通过可旋转的毫米波雷达采集空间位置的第一环境数据，以及通过方位传感器采集探测设备的姿态数据，其中，所述毫米波雷达设置在所述探测设备上，所述第一环境数据用于表征探测点的位置信息和运动状态；

矫正模块，用于根据所述姿态数据矫正所述第一环境数据，得到第二环境数据；

构建模块，用于基于所述第二环境数据构建所述探测设备所在空间的环境视图。

10.一种便携式探测设备，其特征在于，包括：可旋转的毫米波雷达，方位传感器，处理单元，旋转单元，显示单元，其中，

所述毫米波雷达，与所述处理单元和所述旋转单元连接，用于探测第一环境数据，所述第一环境数据用于表征探测点的位置信息和运动状态；

所述方位传感器，与所述处理单元连接，用于采集所述探测设备的姿态数据；

所述旋转单元，与所述毫米波雷达和所述处理单元连接，用于根据所述处理单元的控制指令驱动所述毫米波雷达沿预定方向旋转设定时长；

所述显示单元，与所述处理单元连接，用于在展示界面上显示所述环境视图；

所述处理单元，与所述毫米波雷达、所述方位传感器、所述旋转单元、所述显示单元连接，包括如权利要求9所述的测绘装置。

11.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8中任一项所述的测绘方法。

12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的测绘方法。

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