视觉惯性系统(VIS)技术

几年前，在我们在Hexagon技术中心的技术筛选过程中，我们发现了visualsimultaneous Localizatiobob体育报道n and Mapping (SLAM)技术在Hexagon集团的发展需求。从一开始就很清楚，这项技术可以用于确定设备在3d空间中的位置，并将对未来的创新非常有益。我们从通用Visual SLAM算法的第一个实现开始，并研究了该技术在与我们的业务领域相关的各种应用程序中的潜力。

什么是视觉SLAM?

原则上，视觉SLAM只是切除和前向交叉的重复应用，并在最后进行可选的捆绑调整。这些基本算法在一个多世纪前就已经从摄影测量中为人所知。然而，由计算机视觉和机器人引发的特征跟踪和特征匹配的发展——使人工选择联络点过时——使自动化工作流程得以实现。

基于视觉SLAM的3d空间导航非常直观。它的工作原理和我们人类在世界上航行的方式很相似。当我们走向一个物体，例如一栋建筑物，这个物体在我们的视野中变得更大。当我们往回走时，它变得更小。

在Visual SLAM中，特征跟踪是在图像流中检测点特征——或所谓的地标——并从一帧图像跟踪到下一帧图像。现在，当摄像机移向建筑物时，被检测到的特征，例如建筑物的角落，或门或窗户，将从图像中心向外移动，因为建筑物在视场中变得越来越大。当相机从左向右旋转时，图像上的特征就会向右和向左移动。因此，Visual SLAM可以从图像流帧间特征点的运动来推断摄像机在三维空间中的运动方向。

在一个连续的过程中，SLAM算法从两个或多个位置计算跟踪特征的3d坐标(映射)，并使用这些坐标来确定接下来的位置(定位)。生成的地标图随着操作员沿着这条轨迹移动到下一个扫描器设置而不断演化，并作为整个定位算法的参考。因此，在这个过程中建立和维护的这个映射对于保持小的漂移误差是必要的。

还有一些仅基于惯性测量的替代方法。惯性测量单元(IMU)提供了加速度和角速率的测量，这些测量集成在第一步和最终的位置和方向中得出速度。由于这些测量受到测量误差的影响，积分会导致导出量的显著漂移。由于在这种方法中缺少作为整体参考的地图，因此产生的漂移明显高于视觉SLAM。虽然单靠惯性测量无法获得最优结果，但IMU的数据可以与图像测量数据融合，支持视觉SLAM。

视觉SLAM如何重新定义注册过程?

激光扫描的典型配准，即单个扫描到一个合并点云的组合，是在办公室完成数据采集后使用后处理软件进行的。在办公室时，通常是操作员第一次能够调查扫描项目的结果，并检查数据采集的完整性。操作员可能会发现一些缺失的区域，他们可能不得不回到现场，并执行一些额外的扫描。有时，在项目位置远离办公室的情况下，它可能与相当长的时间的驱动有关，因此，客户想要不惜一切代价避免。

地面激光扫描业务总监Juergen Mayer当时想到的新功能是对多个激光扫描进行现场预注册，这将彻底解决昂贵的返工问题。在每次扫描之后，目的是为了在现场获得的数据自动注册到之前获得的扫描数据。然后，合并后的点云将在移动平板电脑上可视化。这将允许客户立即调查哪些数据被捕获，哪些数据可能丢失，以优化计划下一个扫描器设置，最重要的是，当仍在现场时执行完整性检查。

这是在我们的可行性研究中发现的，最终我们可以证明这个概念在实践中也是可行的。基于这些发现，与我们的业务部门的同事一起，产品的开发开始和结束于公告徕卡RTC360HxGN LIVE 2018。

视觉SLAM能成为这个新的领域注册功能的基础吗?

理论上，很明显，基于视觉SLAM，应该确定两个扫描设置之间的运动。知道平移和旋转后，当前扫描产生的点云可以自动与前一次扫描产生的点云对齐。我们的目标是证明这个概念在实践中是可行的。

视觉惯性系统(VIS)技术不应该对激光扫描工作流程增加任何限制，因为它是在当时进行的。这意味着操作者不应该受到一些附加规则的影响，比如以特定的方式携带激光扫描仪。这是可行性研究开始时的主要要求之一。即使RTC360的一侧被遮挡，例如被操作者的身体遮挡，VIS技术仍然可以工作。从根本上说，这是RTC360内置5个VIS摄像头的主要原因。同时，自动预注册的处理应实时进行，以便操作者在进行下一次扫描后立即得到呈现的结果。鉴于此，我们的Visual SLAM算法必须证明它可以很好地集成到地面激光扫描的工作流程中。

接下来是什么?

与此同时，在Hexagon技术中心，相当多的其bob体育报道他可视化SLAM应用已经被研究。尽管基本原则是相同的，但为了达到最佳效果，它总是需要对特定的设置和工作流进行一些微调和调整。在这种背景下，徕卡的发展是一个亮点BLK2GO手持成像激光扫描仪，其中视觉SLAM与激光雷达SLAM结合，将算法提高到一个新的水平。这只是众多实例中的一个，该技术已经证明了它对定位工作流的适用性。其中一些已经作为产品发布，未来还会有更多的产品发布，丰富了Hexagon Geosystems的整个产品组合。bob体育报道