CN109816778B - 物料堆三维重建方法、装置、电子设备和计算机可读介质 - Google Patents

物料堆三维重建方法、装置、电子设备和计算机可读介质 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了物料堆的三维重建方法、装置、电子设备和计算机可读介质。该方法的一具体实施方式包括：响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取设置于挖掘机侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列；基于物料堆的深度图像序列进行三维重建，生成物料堆的三维模型。该实施方式提升了物料堆三维重建的准确性，同时可以节约成本。

Description

物料堆三维重建方法、装置、电子设备和计算机可读介质
技术领域
本申请实施例涉及计算机技术领域，具体涉及三维建模领域，尤其涉及物料堆的三维重建方法、装置、电子设备和计算机可读介质。
背景技术
无人挖掘机是通过各种传感器感知挖掘操作的对象，规划操作行为并执行操作指令的智能化挖掘设备。无人挖掘机在挖掘过程中，需要获知挖掘对象(例如土堆)的相关信息，例如获知挖掘对象的位置、体积、形态等信息。可以在无人挖掘机上设置激光雷达，通过激光雷达扫描获取土堆等挖掘对象的三维信息，或者可以在挖掘对象上方悬停携带单目相机，根据采集到的图像进行土堆等挖掘对象的信息提取。
发明内容
本申请实施例提出了物料堆的三维重建方法、装置、电子设备和计算机可读介质。
第一方面，本申请实施例提供了一种物料堆的三维重建方法，包括：响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取设置于挖掘机侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列；基于物料堆的深度图像序列进行三维重建，生成物料堆的三维模型。
在一些实施例中，上述响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取设置于挖掘机侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列，包括：响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，开启设置于挖掘机侧面的双目相机；获取双目相机在挖掘机车身旋转以运送物料过程中采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列。
在一些实施例中，上述挖掘机的两个侧面设置有双目相机；
响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，开启设置于挖掘机侧面的双目相机，包括：响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，根据挖掘机车身旋转的方向确定设置于被转向物料堆的一侧的双目相机，向设置于被转向物料堆的一侧的双目相机发出开启指令。
在一些实施例中，上述方法还包括：响应于检测到控制挖掘机的铲斗卸载物料的指令，关闭设置于挖掘机侧面的双目相机。
在一些实施例中，上述基于物料堆的深度图像序列进行三维重建，生成物料堆的三维模型，包括：将物料堆的深度图像序列转换为三维点云序列；基于深度图像序列中邻接图像的重叠部分对三维点云序列进行融合，得到融合后的物料堆的三维点云；基于物料堆的三维点云生成物料堆的三维模型。
在一些实施例中，上述方法还包括：根据物料堆的三维模型规划对物料堆进行挖掘的挖掘动作，并生成执行挖掘动作的指令。
第二方面，本申请实施例提供了一种物料堆的三维重建装置，包括：获取单元，被配置为响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取设置于挖掘机侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列；生成单元，被配置为基于物料堆的深度图像序列进行三维重建，生成物料堆的三维模型。
在一些实施例中，上述获取单元被配置为响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，按照如下方式获取设置于挖掘机侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列：响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，开启设置于挖掘机侧面的双目相机；获取双目相机在挖掘机车身旋转以运送物料过程中采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列。
在一些实施例中，上述挖掘机的两个侧面设置有双目相机；获取单元进一步被配置为按照如下方式开启设置于挖掘机侧面的双目相机：响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，根据挖掘机车身旋转的方向确定设置于被转向物料堆的一侧的双目相机，向设置于被转向物料堆的一侧的双目相机发出开启指令。
在一些实施例中，上述装置还包括：关闭单元，被配置为响应于检测到控制挖掘机的铲斗卸载物料的指令，关闭设置于挖掘机侧面的双目相机。
在一些实施例中，上述生成单元被配置为按照如下方式基于物料堆的深度图像序列进行三维重建，生成物料堆的三维模型：将物料堆的深度图像序列转换为三维点云序列；基于深度图像序列中邻接图像的重叠部分对三维点云序列进行融合，得到融合后的物料堆的三维点云；基于物料堆的三维点云生成物料堆的三维模型。
在一些实施例中，上述装置还包括：规划单元，被配置为根据物料堆的三维模型规划对物料堆进行挖掘的挖掘动作，并生成执行挖掘动作的指令。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如第一方面提供的物料堆的三维重建方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，程序被处理器执行时实现第一方面提供的物料堆的三维重建方法。
本申请上述实施例的物料堆的三维重建方法和装置，通过响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取设置于挖掘机侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列，基于物料堆的深度图像序列进行三维重建，生成物料堆的三维模型，利用了挖掘机的旋转操作特性设置不易被机臂等部件遮挡的双目相机进行物料堆的深度图像采集和三维建模，避免了由于遮挡造成的物料堆图像信息的缺失，提升了物料堆三维重建的准确性，同时可以节约成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本申请实施例可以应用于其中的示例性***架构图；
图2是根据本申请的物料堆的三维重建方法的一个实施例的流程图；
图3是图2所示实施例的一个应用场景示意图；
图4是根据本申请的物料堆的三维重建方法的另一个实施例的流程图；
图5是本申请的物料堆的三维重建装置的一个实施例的结构示意图；
图6是适于用来实现本申请实施例的电子设备的计算机***的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1示出了可以应用本申请的物料堆的三维重建方法或物料堆的三维重建装置的示例性***架构。
如图1所示，***架构100中可以包括挖掘机101、设置于挖掘机上的双目相机102、网络103和服务器104。网络103用以在挖掘机101、双目相机102和服务器104之间提供通信链路的介质。网络103可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。
挖掘机101可以是无人自主挖掘机，无人自主挖掘机上可以设置有角度传感器、力学传感器、图像传感器等各类传感器。挖掘机101上的各类传感器可以感知包含挖掘对象、道路环境等的环境信息。在一些场景中，无人自主挖掘机101上还可以设置有数据处理部件，例如CPU、GPU等处理器，以及存储部件。数据处理部件可以获取传感器感知的数据并进行处理，存储部件可以存储传感器感知到的数据，以及存储数据处理部件执行数据处理任务所需要调用的数据。
双目相机102可以是安装在无人自主挖掘机101上的图像传感器，其可以拍摄无人自主挖掘机需要挖掘的物料堆的图像。双目相机102可以安装在无人自主挖掘机的车身的侧面。双目相机可以在车身旋转卸载铲斗中的物料的过程中拍摄物料堆的深度图像。
服务器104可以是提供各种服务的服务器，例如，无人自主挖掘机的后台服务器。无人自主挖掘机的后台服务器可以对从双目相机102获取到的物料堆的二维图像等数据进行分析等处理，并基于处理结果(例如目标挖掘点和目标挖掘轨迹)控制挖掘机101挖掘。
需要说明的是，服务器104可以是硬件，也可以是软件。当服务器104为硬件时，可以实现成多个服务器组成的分布式服务器集群，也可以实现成单个服务器。当服务器104为软件时，可以实现成多个软件或软件模块(例如用来提供分布式服务的多个软件或软件模块)，也可以实现成单个软件或软件模块。在此不做具体限定。
需要说明的是，本申请实施例所提供的物料堆的三维重建方法可以由设置于挖掘机101的数据处理部件或服务器104执行，相应地，物料堆的三维重建装置可以设置于挖掘机101的数据处理部件或服务器104中。
应该理解，图1中的摄像头、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的摄像头、网络和服务器。
继续参考图2，其示出了根据本申请的物料堆的三维重建方法的一个实施例的流程200。该物料堆的三维重建方法，包括以下步骤：
步骤201，响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取设置于挖掘机侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列。
在本实施例中，物料堆的三维重建方法的执行主体(例如图1所示的服务器104或挖掘机101上的处理部件)可以实时检测挖掘机的控制指令，在检测到控制挖掘机车身旋转以运送铲斗中的物料的指令时，可以获取挖掘机侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列。其中，物料堆可以是土堆、泥沙堆、岩石堆、建筑材料堆等等挖掘机的作业对象。
上述挖掘机可以是无人自主挖掘机，挖掘机的侧面可以设置有双目相机。在这里，挖掘机的正面是指朝向挖掘机的轮胎或履带的前进方向的一面，挖掘机的侧面是与挖掘机的正面垂直的面。挖掘机在控制铲斗从被挖掘的物料堆铲起物料之后，通常需要以垂直于地面的竖线为轴旋转车身将物料运送至其他地方。在车身正面转动离开被挖掘的物料堆的同时，车身侧面转向被挖掘的物料堆，设置于车身侧面的双目相机随之被旋转至正对物料堆的一侧，这时，双目相机可以采集物料堆的深度图像序列并传输至上述执行主体。
由于通常挖掘机的机臂位于车身正面，在车身正面转动离开被挖掘的物料堆时，机臂也随之转离。这样，挖掘机侧面的双目相机采集到的图像中不存在机臂对物料堆的遮挡。
双目相机可以采集包含深度信息的图像，即深度图像。上述双目相机可以由两个已标定相对位置关系的摄像头组成。在一些实施例中，上述双目相机还可以包含用于融合两个摄像头采集的平面图像来形成深度图像的处理部件。
在实践中，远程服务器或设置于挖掘机上的处理部件可以控制挖掘机的挖掘操作。在铲斗铲起物料准备运送时，远程服务器或设置于挖掘机上的处理部件可以发出控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令。这时，上述执行主体可以响应于检测到该指令而获取该指令被发出后双目相机采集的图像序列，即获取双目相机在车身旋转过程中采集的物料堆的深度图像序列。
步骤202，基于物料堆的深度图像序列进行三维重建，生成物料堆的三维模型。
在本实施例中，可以基于步骤201获取的物料堆的深度图像序列进行三维重建。具体地，对于深度图像序列中的深度图像，可以基于双目相机的外部参数矩阵(例如旋转矩阵、平移矩阵等)将深度图像中的图像信息点映射至三维空间中，然后将三维空间中的映射得到的点相连接形成该深度图像对应的三维模型。然后对深度图像序列中不同深度图像所形成的三维模型进行融合得到深度图像序列对应的三维模型。
在本实施例的一些可选的实现方式中，可以采用基于物料堆的深度图像序列按照如下方式进行三维重建，生成物料堆的三维模型：首先将物料堆的深度图像序列转换为三维点云序列，然后基于深度图像序列中邻接图像的重叠部分对三维点云序列进行融合，得到融合后的物料堆的三维点云，最后基于物料堆的三维点云生成物料堆的三维模型。
具体地，在上述实现方式中，可以利用图像坐标系和世界坐标系之间的转换矩阵，利用深度图像中的深度信息将二维图像转换为三维点云，即将二维图像中的每个点映射至三维空间中，得到与深度图像序列中的深度图像一一对应的三维点云序列。随后，可以对深度图像序列中相邻的图像的重叠部分基于SIFT(Scale-invariant feature transform，尺度不变特征变换)等方法进行特征点提取和匹配，根据邻接图像间匹配的特征点依次对各邻接图像对应的三维点云进行融合，得到完整的物料堆的三维点云。之后，可以对三维点云进行预处理，去除噪声点，并进行数据插补。然后将点云三角网格化，最后对三角网格进行渲染，得到物料堆的三维模型。
在这里，物料堆的三维模型可以是由三维顶点以及三维空间内的面组合而成的模型。该三维模型可以采用三维顶点的坐标以及面的数学表达式来表征。
请参考图3，其示出了图2所示的物料堆的三维重建方法的一个应用场景的示意图。如图3所示，在挖掘机铲斗铲起物料并沿图中箭头方向旋转车身以运送物料时，设置于挖掘机侧面的双目相机可以采集其成像区域(如图3所示虚线区域)内的深度图像，这时，被挖掘的物料堆位于该双目相机的成像区域内，所以可以获取到物料堆的深度图像。之后，用于控制挖掘机的服务器可以根据该深度图像进行三维重建，得到物料堆的三维模型。这样，在执行下一次挖掘操作时，可以根据物料堆的三维模型进行决策。
本申请上述实施例的物料堆的三维重建方法，通过响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取设置于挖掘机侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列，基于物料堆的深度图像序列进行三维重建，生成物料堆的三维模型，利用了挖掘机的旋转操作特性设置不易被机臂等部件遮挡的双目相机进行物料堆的深度图像采集和三维建模，避免了由于遮挡造成的物料堆图像信息的缺失，细节完整，提升了物料堆三维重建的准确性。相较于激光雷达、无人机航拍获取物料堆三维信息的方式，双目相机成本较低，且生成三维模型的速度更快。
在上述实施例的一些可选的实现方式中，上述响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取设置于挖掘机侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列的步骤201可以按照如下方式执行：响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，开启设置于挖掘机侧面的双目相机，获取双目相机在挖掘机车身旋转以运送物料过程中采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列。
具体来说，可以实时检测发送至挖掘机的控制指令，在检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令时，可以向设置于挖掘机侧面的双目相机发出开启指令，双目相机在接收到开启指令之后开始工作，采集其成像范围内的图像。在车身旋转以运送物料过程中，双目相机持续工作，以一定的频率采集物料堆的图像形成图像序列。
进一步地，在上述实施例的一些可选的实现方式中，上述挖掘机的两个侧面均设置有上述双目相机，这时可以按照如下方式获取设置于挖掘机侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列：响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，根据挖掘机车身旋转的方向确定设置于被转向物料堆的一侧的双目相机，向设置于被转向物料堆的一侧的双目相机发出开启指令，获取双目相机在挖掘机车身旋转以运送物料过程中采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列。
在检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令时，可以获取该指令所指示的车身旋转方向，并根据该旋转方向确定将被转向朝着物料堆一侧的双目相机，即确定车身旋转后成像范围覆盖被挖掘的物料堆的一侧的双目相机，开启该双目相机并采集物料堆的深度图像序列。
继续参考图4，其示出了根据本申请的物料堆的三维重建方法的另一个实施例的流程图。如图4所示，本实施例的物料堆的三维重建方法的流程400，可以包括以下步骤：
步骤401，响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，根据挖掘机车身旋转的方向确定设置于被转向物料堆的一侧的双目相机，向设置于被转向物料堆的一侧的双目相机发出开启指令，获取双目相机在挖掘机车身旋转以运送物料过程中采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列。
在本实施例中，挖掘机的两个侧面均设置有双目相机。在检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令时，可以获取该指令所指示的车身旋转方向，并根据该旋转方向确定将被旋转至朝向物料堆一侧的双目相机，向该将被旋转至朝向物料堆一侧的双目相机发出开启指令。或获取该将被旋转至朝向物料堆一侧的双目相机在挖掘机车身旋转过程中采集的到的物料堆的深度图像序列。
在实践中，挖掘过程中物料堆的位置通常不发生变化，挖掘机向右转动时，设置于挖掘机左侧面的双目相机会被转至朝向物料堆的一侧，设置于挖掘机右侧面的双目相机被转至背离物料堆的一侧。这时，可以在挖掘机向右转动以运送铲斗中的物料的过程中利用设置于左侧面的双目相机采集物料堆的图像，同时，设置于右侧面的双目相机可以保持关闭状态。相反地，挖掘机向左转动时，设置于挖掘机右侧面的双目相机会被转至朝向物料堆的一侧，设置于挖掘机左侧面的双目相机被转至背离物料堆的一侧。这时，可以在挖掘机向左转动以运送铲斗中的物料的过程中利用设置于右侧面的双目相机采集物料堆的图像，同时，设置于左侧面的双目相机可以保持关闭状态。这样，在挖掘机向任何方向转动时都可以利用双目相机采集到物料堆的图像。
步骤402，基于物料堆的深度图像序列进行三维重建，生成物料堆的三维模型。
在本实施例中，可以基于步骤401获取的物料堆的深度图像序列进行三维重建。具体地，对于深度图像序列中的深度图像，可以基于双目相机的外部参数矩阵(例如旋转矩阵、平移矩阵等)将深度图像中的图像信息点映射至三维空间中，然后将三维空间中的映射得到的点相连接形成该深度图像对应的三维模型。然后对深度图像序列中不同深度图像所形成的三维模型进行融合得到深度图像序列对应的三维模型。
在本实施例的一些可选的实现方式中，可以采用基于物料堆的深度图像序列按照如下方式进行三维重建，生成物料堆的三维模型：首先将物料堆的深度图像序列转换为三维点云序列，然后基于深度图像序列中邻接图像的重叠部分对三维点云序列进行融合，得到融合后的物料堆的三维点云，最后基于物料堆的三维点云生成物料堆的三维模型。
具体地，在上述实现方式中，可以利用图像坐标系和世界坐标系之间的转换矩阵，利用深度图像中的深度信息将二维图像转换为三维点云，即将二维图像中的每个点映射至三维空间中，得到与深度图像序列中的深度图像一一对应的三维点云序列。随后，可以对深度图像序列中相邻的图像的重叠部分基于SIFT(Scale-invariant feature transform，尺度不变特征变换)等方法进行特征点提取和匹配，根据邻接图像间匹配的特征点依次对各邻接图像对应的三维点云进行融合，得到完整的物料堆的三维点云。之后，可以对三维点云进行预处理，去除噪声点，并进行数据插补。然后将点云三角网格化，最后对三角网格进行渲染，得到物料堆的三维模型。
步骤403，响应于检测到控制挖掘机的铲斗卸载物料的指令，关闭设置于挖掘机侧面的双目相机。
在本实施例中，物料堆的三维重建方法的执行主体可以在检测到控制挖掘机的铲斗卸载物料的指令时，关闭已开启的双目相机，停止采集物料堆的图像。可以将双目相机开启到关闭的时间段内采集的所有图像作为采集到的物料堆的图像序列。
通常在生成控制挖掘机的铲斗卸载物料的指令时，挖掘机的铲斗已移动至卸载区准备进行卸载操作，由于这时即将要执行下一次的挖掘操作，需要获知当前的物料堆的三维信息以进行下一次挖掘操作的决策，可以停止采集物料堆的图像，即完成当前物料堆的深度图像序列的采集。可以通过关闭步骤401中开启的双目相机来完成图像采集，具体可以向开启的双目相机发出关闭指令。
这样，在铲斗铲起物料、挖掘机旋转将物料运送至卸载区进行卸载的过程中，分别执行一次双目相机的开启操作和一次关闭操作，实现了对不同时刻的挖掘操作所针对的物料堆的图像的采集时刻的切割，同时保证双目相机仅在其成像范围覆盖物料堆时开启，在其他时间段关闭，有利于节约能耗。
在上述结合图2和图4描述的实施例的一些可选的实现方式中，物料堆的三维重建方法还可以包括：根据物料堆的三维模型规划对物料堆进行挖掘的挖掘动作，并生成执行挖掘动作的指令。在完成物料堆的三维重建后，可以根据物料堆的表面特性、体积等信息确定下一个挖掘动作的挖掘点和挖掘角度，然后生成控制挖掘机和铲斗移动至相应的挖掘点位置，控制铲斗以挖掘角度进行挖掘的挖掘操作指令。挖掘机在收到该指令后可以执行相应的挖掘动作。这样，实现了基于被挖掘的物料堆的三维重建结果的挖掘动作决策，实现了无人自主挖掘机的自主挖掘功能。
进一步参考图5，作为对上述各图所示方法的实现，本申请提供了一种物料堆的三维重建装置的一个实施例，该装置实施例与图2和图4所示的方法实施例相对应，该装置具体可以应用于各种电子设备中。
如图5所示，本实施例的物料堆的三维重建装置500包括：获取单元501和生成单元502。其中，获取单元501被配置为响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取设置于挖掘机侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列；生成单元502被配置为基于物料堆的深度图像序列进行三维重建，生成物料堆的三维模型。
在一些实施例中，上述获取单元501可以被配置为响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，按照如下方式获取设置于挖掘机侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列：响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，开启设置于挖掘机侧面的双目相机；获取双目相机在挖掘机车身旋转以运送物料过程中采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列。
在一些实施例中，上述挖掘机的两个侧面设置有双目相机；上述获取单元501可以进一步被配置为按照如下方式开启设置于挖掘机侧面的双目相机：响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，根据挖掘机车身旋转的方向确定设置于被转向物料堆的一侧的双目相机，向设置于被转向物料堆的一侧的双目相机发出开启指令。
在一些实施例中，上述装置500还可以包括：关闭单元，被配置为响应于检测到控制挖掘机的铲斗卸载物料的指令，关闭设置于挖掘机侧面的双目相机。
在一些实施例中，上述生成单元502可以被配置为按照如下方式基于物料堆的深度图像序列进行三维重建，生成物料堆的三维模型：将物料堆的深度图像序列转换为三维点云序列；基于深度图像序列中邻接图像的重叠部分对三维点云序列进行融合，得到融合后的物料堆的三维点云；基于物料堆的三维点云生成物料堆的三维模型。
在一些实施例中，上述装置500还可以包括：规划单元，被配置为根据物料堆的三维模型规划对物料堆进行挖掘的挖掘动作，并生成执行挖掘动作的指令。
应当理解，装置500中记载的诸单元与参考图2和图4描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征同样适用于装置500及其中包含的单元，在此不再赘述。
本申请上述实施例的物料堆的三维重建装置500，通过响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取设置于挖掘机侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列，基于物料堆的深度图像序列进行三维重建，生成物料堆的三维模型，利用了挖掘机的旋转操作特性设置不易被机臂等部件遮挡的双目相机进行物料堆的深度图像采集和三维建模，避免了由于遮挡造成的物料堆图像信息的缺失，细节完整，提升了物料堆三维重建的准确性。相较于激光雷达、无人机航拍获取物料堆三维信息的方式，双目相机成本较低，且生成三维模型的速度更快。
下面参考图6，其示出了适于用来实现本公开的实施例的电子设备(例如图1中的服务器)600的结构示意图。图6示出的服务器仅仅是一个示例，不应对本公开的实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图6所示，电子设备600可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储装置608加载到随机访问存储器(RAM)603中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 603中，还存储有电子设备600操作所需的各种程序和数据。处理装置601、ROM 602以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。
通常，以下装置可以连接至I/O接口605：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置606；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置607；包括例如硬盘等的存储装置608；以及通信装置609。通信装置609可以允许电子设备600与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图6示出了具有各种装置的电子设备600，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。图6中示出的每个方框可以代表一个装置，也可以根据需要代表多个装置。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置609从网络上被下载和安装，或者从存储装置608被安装，或者从ROM 602被安装。在该计算机程序被处理装置601执行时，执行本公开的实施例的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本公开的实施例所描述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开的实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取设置于挖掘机侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列；基于物料堆的深度图像序列进行三维重建，生成物料堆的三维模型。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的实施例的操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本申请实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括获取单元和生成单元。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定，例如，获取单元还可以被描述为“响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取设置于挖掘机侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列的单元”。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (14)

1.一种物料堆的三维重建方法，应用于无人自主挖掘机，其中在所述挖掘机的两个侧面的每一个侧面设置有一个双目相机，并且所述挖掘机的两个侧面垂直于所述挖掘机的轮胎或履带的前进方向的一面，所述方法包括：
响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取所述指令所指示的车身旋转方向，并根据所述挖掘机车身旋转方向获取设置于所述挖掘机一个侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列，同时保持设置在所述挖掘机另一侧面上的双目摄像机处于关闭状态；
基于所述物料堆的深度图像序列进行三维重建，生成所述物料堆的三维模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取所述指令所指示的车身旋转方向，并根据所述挖掘机车身旋转方向获取设置于所述挖掘机一个侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列，包括：
响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取所述指令所指示的车身旋转方向，并根据所述挖掘机车身旋转方向开启设置于被转向所述物料堆的一侧的双目相机；
获取该双目相机在所述挖掘机车身旋转以运送物料过程中采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，
所述响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取所述指令所指示的车身旋转方向，并根据所述挖掘机车身旋转方向开启设置于被转向所述物料堆的一侧的双目相机，包括：
响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取所述指令所指示的车身旋转方向，根据所述车身旋转方向确定设置于被转向所述物料堆的一侧的双目相机，向所述设置于被转向所述物料堆的一侧的双目相机发出开启指令。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法还包括：
响应于检测到控制所述挖掘机的铲斗卸载物料的指令，关闭设置于所述挖掘机两个侧面的双目相机。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述物料堆的深度图像序列进行三维重建，生成所述物料堆的三维模型，包括：
将所述物料堆的深度图像序列转换为三维点云序列；
基于所述深度图像序列中邻接图像的重叠部分对三维点云序列进行融合，得到融合后的所述物料堆的三维点云；
基于所述物料堆的三维点云生成所述物料堆的三维模型。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：
根据所述物料堆的三维模型规划对所述物料堆进行挖掘的挖掘动作，并生成执行所述挖掘动作的指令。
7.一种物料堆的三维重建装置，应用于无人自主挖掘机，其中在所述挖掘机的两个侧面的每一个侧面设置有一个双目相机，并且所述挖掘机的两个侧面垂直于所述挖掘机的轮胎或履带的前进方向的一面，所述装置包括：
获取单元，被配置为响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取所述指令所指示的车身旋转方向，并根据所述挖掘机车身旋转方向获取设置于所述挖掘机一个侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列，同时保持设置在所述挖掘机另一侧面上的双目摄像机处于关闭状态；
生成单元，被配置为基于所述物料堆的深度图像序列进行三维重建，生成所述物料堆的三维模型。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述获取单元被配置为响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，按照如下方式获取设置于挖掘机侧面的双目相机采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列：
响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取所述指令所指示的车身旋转方向，并根据所述挖掘机车身旋转方向开启设置于被转向所述物料堆的一侧的双目相机；
获取该双目相机在所述挖掘机车身旋转以运送物料过程中采集的被挖掘的物料堆的深度图像序列。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，
所述获取单元进一步被配置为按照如下方式开启设置于挖掘机侧面的双目相机：
响应于检测到控制挖掘机车身旋转以运送物料的指令，获取所述指令所指示的车身旋转方向，根据车身旋转方向确定设置于被转向所述物料堆的一侧的双目相机，向所述设置于被转向所述物料堆的一侧的双目相机发出开启指令。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述装置还包括：
关闭单元，被配置为响应于检测到控制所述挖掘机的铲斗卸载物料的指令，关闭设置于所述挖掘机两个侧面的双目相机。
11.根据权利要求7所述的装置，其中，所述生成单元被配置为按照如下方式基于所述物料堆的深度图像序列进行三维重建，生成所述物料堆的三维模型：
将所述物料堆的深度图像序列转换为三维点云序列；
基于所述深度图像序列中邻接图像的重叠部分对三维点云序列进行融合，得到融合后的所述物料堆的三维点云；
基于所述物料堆的三维点云生成所述物料堆的三维模型。
12.根据权利要求7-11任一项所述的装置，其中，所述装置还包括：
规划单元，被配置为根据所述物料堆的三维模型规划对所述物料堆进行挖掘的挖掘动作，并生成执行所述挖掘动作的指令。
13.一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-6中任一所述的方法。
14.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一所述的方法。
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