CN111432113A - 数据校准方法、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种数据校准方法、设备及存储介质。在本申请实施例中，将摄像头模组与线激光发射器相结合，利用线激光检测精度较高的优势，提供一种具有较高测量精度的结构光模组；进一步，结合IMU，可在结构光模组应用在自主移动设备上时，测量出结构光模组相对于自主移动设备发生的偏移量，进而可根据该偏移量对摄像头模组采集到的数据进行校准，降低因相对运动或抖动偏移引起的测量数据使用效果不理想的问题，在结构光模组测量数据原本具有较高精度的基础上，可极大地提高传感器数据的使用精度。

Description

数据校准方法、设备及存储介质

技术领域

本申请涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种数据校准方法、设备及存储 介质。

背景技术

随着人工智能技术的发展，机器人越来越趋向于智能化。机器人凭借一定 的人工智能，可自主导航至目标区域，完成相应任务，因此越来越受欢迎。

目前，机器人基本上都带有传感器，如摄像头、激光雷达等，这些传感器 采集机器人周围的环境信息，用于辅助机器人避障或三维重建等。实际应用中， 一些传感器数据的使用效果不理想，例如基于传感器数据三维重建出来的空间 数据不准确等。

发明内容

本申请的多个方面提供一种数据校准方法、设备及存储介质，用以对传感 器数据进行校准，提高传感器数据的使用精度。

本申请实施例提供一种结构光模组，包括：摄像头模组、分布于摄像头模 组两侧的线激光发射器，以及控制摄像头模组和线激光发射器工作的主控单元； 线激光发射器在主控单元的控制下向外发射线激光；摄像头模组用于在主控单 元的控制下采集由线激光探测到的环境图像；结构光模组还包括：惯性测量单 元IMU，可在结构光模组应用在自主移动设备上时，测量结构光模组相对于自 主移动设备发生的偏移量；主控单元还用于：根据偏移量对环境图像进行校准。

本申请实施例还提供一种自主移动设备，包括：设备本体，设备本体上设 置有主控制器和结构光模组；结构光模组包括：摄像头模组、分布于摄像头模 组两侧的线激光发射器、以及控制摄像头模组和线激光发射器工作的主控单元； 结构光模组上还安装有惯性测量单元IMU；线激光发射器在主控单元的控制下 向外发射线激光；摄像头模组用于在主控单元的控制下采集由线激光探测到的 环境图像；IMU用于测量结构光模组相对于自主移动设备发生的偏移量；主控 单元还用于：根据偏移量对环境图像进行校准，并将校准后的环境图像提供给 主控制器；主控制器，用于利用校准后的环境图像对自主移动设备进行功能控 制。

本申请实施例还提供一种自主移动设备，包括：设备本体，设备本体上设 置有主控制器、惯性测量单元IMU和结构光模组；结构光模组包括：摄像头模 组和分布于摄像头模组两侧的线激光发射器；IMU安装在结构光模组上；线激 光发射器在主控制器的控制下向外发射线激光；摄像头模组用于在主控制器的 控制下采集由线激光探测到的环境图像；IMU用于测量结构光模组相对于自主 移动设备发生的偏移量；主控制器还用于：根据偏移量对环境图像进行校准， 并利用校准后的环境图像对自主移动设备进行功能控制。

本申请实施例还提供一种数据校准方法，适用于自主移动设备，自主移动 设备上安装有结构光模组，结构光模组包括：摄像头模组和分布于摄像头模组 两侧的线激光发射器；结构光模组上还安装有惯性测量单元IMU该方法包括： 利用IMU采集结构光模组相对于自主移动设备发生的偏移量；根据偏移量对摄 像头模组采集到的环境图像进行校准，环境图像是由线激光发射器发出的线激 光探测到的环境图像。

本申请实施例还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所 述计算机程序被一个或多个处理器执行时，致使所述一个或多个处理器实现本 申请实施例提供的数据校准方法中的步骤。

在本申请实施例中，将摄像头模组与线激光发射器相结合，利用线激光检 测精度较高的优势，提供一种具有较高测量精度的结构光模组；进一步，结合 惯性测量单元(Inertial measurement unit，IMU)，可在结构光模组应用在自主移 动设备上时，测量出结构光模组相对于自主移动设备发生的偏移量，进而可根 据该偏移量对摄像头模组采集到的数据进行校准，降低因相对运动或抖动偏移 引起的测量数据使用效果不理想的问题，在结构光模组测量数据原本具有较高 精度的基础上，可极大地提高传感器数据的使用精度。

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1a为本申请示例性实施例提供的一种结构光模组的结构示意图；

图1b为本申请示例性实施例提供的一种线激光发射器的工作原理示意图；

图1c为本申请示例性实施例提供的一种结构光模组中各器件安装位置关系 的示意图；

图1d为本申请示例性实施例提供的一种线激光发射器的线激光与摄像头模 组视场角的关系示意图；

图1e为本申请示例性实施例提供的一种结构光模组的前视图；

图1f为本申请示例性实施例提供的一种结构光模组的仰视图；

图1g为本申请示例性实施例提供的一种结构光模组的俯视图；

图1h为本申请示例性实施例提供的一种结构光模组的后视图；

图1i为本申请示例性实施例提供的一种结构光模组的***图；

图1j为本申请示例性实施例提供的一种设备坐标系和传感器坐标系的示意 图；

图2a为本申请示例性实施例提供的另一种结构光模组的结构示意图；

图2b为本申请示例性实施例提供的一种主控单元的结构示意图；

图2c为本申请示例性实施例提供的一种激光驱动电路的结构示意图；

图3a为本申请示例性实施例提供的一种自主移动设备的结构示意图；

图3b为本申请示例性实施例提供的一种自主移动设备控制结构光模组的结 构示意图；

图3c为本申请示例性实施例提供的一种设备本体与撞板的分解示意图；

图3d为本申请示例性实施例提供的一种结构光模组与撞板的分解示意图；

图4a为本申请示例性实施例提供的另一种自主移动设备的结构示意图；

图4b为本申请示例性实施例提供的一种主控制器的结构示意图；

图4c为本申请示例性实施例提供的一种自主移动设备控制结构光模组的结 构示意图；

图5为本申请示例性实施例提供的一种光源区分方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实 施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的 实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施 例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

针对传感器数据的使用效果不理想的问题，在本申请实施例中，将摄像头 模组与线激光发射器相结合，利用线激光检测精度较高的优势，提供一种具有 较高测量精度的结构光模组；进一步，结合IMU，可在结构光模组应用在自主 移动设备上时，测量出结构光模组相对于自主移动设备发生的偏移量，进而可 根据该偏移量对摄像头模组采集到的数据进行校准，降低因相对运动或抖动偏 移引起的测量数据使用效果不理想的问题，在结构光模组测量数据原本具有较 高精度的基础上，可极大地提高传感器数据的使用精度。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1a为本申请示例性实施例提供的一种结构光模组的结构示意图。如图1a 所示，该结构光模组100包括：摄像头模组101、分布于摄像头模组101两侧的 线激光发射器102、IMU108以及主控单元103。

在本实施例中，并不限定线激光发射器102的实现形态，可以是任何能够 发射线激光的设备/产品形态。例如，线激光发射器102可以是但不限于：激光 管。线激光发射器102可向外发射线激光来探测环境图像。在本实施例中，主 控单元103可控制线激光发射器102进行工作，例如可控制线激光发射器102 向外发射线激光的时间以及发射功率等。对线激光发射器102来说，可在主控 单元103的控制下向外发射线激光。如图1b所示，线激光发射器102可在主控 单元103的控制下对外发射激光平面FAB和激光平面ECD，激光平面到达障碍 物后会在障碍物表面形成一条线激光，即图1b中所示线段AB和线段CD。在 图1b中未示出IMU108。

在本实施例中，并不限定摄像头模组101的实现形态。凡是可以采集环境 图像的视觉类设备均适用于本申请实施例。例如，摄像头模组101可以包括但 不限于：单目摄像头、双目摄像头等。另外，在本实施例中，也不限定线激光 发射器102发射线激光的波长，波长不同，线激光的颜色会不同，例如可以是 红色激光、紫色激光等。相应地，摄像头模组101可以采用能够采集线激光发 射器102发射出的线激光的摄像头模组。与线激光发射器102发射线激光的波 长适配，例如，摄像头模组101可以是红外摄像头、紫外线摄像头、星光摄像 机、高清摄像头等。摄像头模组101可采集其视场角内的环境图像。摄像头模 组101的视场角包括垂直视场角和水平视场角。在本实施例中，并不限定摄像 头模组101的视场角，可以根据应用需求来选择具有合适视场角的摄像头模组 101。

在本实施例中，线激光发射器102发射出去的线激光位于摄像头模组101 的视场范围内，线激光可帮助探测摄像头模组101视场角内的物体的轮廓、高 度和/或宽度等信息，摄像头模组101可采集由线激光探测到的环境图像。在本 实施例中，只要线激光发射器102发射出去的线激光位于摄像头模组101的视 场范围内即可，至于线激光在物体表面形成的激光线段与水平面之间的角度不 做限定，例如可以平行或垂直于水平面，也可以与水平面之间成任意角度，具 体可根据应用需求而定。

在本实施例中，主控单元103可控制摄像头模组101进行工作，例如可控 制摄像头模组101的曝光频率、曝光时长、工作频率等。对摄像头模组101来 说，可在主控单元103的控制下采集由线激光探测到的环境图像。如图1d所示 为线激光发射器102发射的线激光与摄像头模组101的视场角之间的关系示意 图。其中，字母K表示摄像头模组，字母J和L表示位于摄像头模组两侧的线 激光发射器；Q表示两侧的线激光发射器发射出去的线激光在摄像头模组的视 场角内的交点；直线KP和KM表示摄像头模组的水平视场的两个边界，∠PKM表示摄像头模组的水平视场角。在图1d中，直线JN表示线激光发射器J发射 线激光的中心线；直线LQ表示线激光发射器L发射线激光的中心线。在图1d 中未示出IMU108。

其中，基于摄像头模组101采集到的环境图像，可以计算出结构光模组100 或结构光模组100所在设备到前方物体(如障碍物)的距离，还可以计算前方 物体(如障碍物)的高度、宽度、形状或轮廓等信息，进一步，还可以进行三 维重建等。其中，可以利用三角法原理，通过三角函数计算线激光发射器与其 前方物体的距离。

在一些应用场景中，结构光模组100可应用于自主移动设备。自主移动设 备是指能够在其作业环境中自主移动的任何设备，例如可以是机器人、净化器、 无人驾驶车辆等。在结构光模组100应用在自主移动设备上的场景中，结构光 模组100需要安装在自主移动设备上，并且结构光模组100采集到的环境图像 需要从结构光模组100所在的坐标系(简称为传感器坐标系)变换到自主移动 设备所在的设备坐标系中。在实际应用中，结构光模组100会随着自主移动设 备的运动而运动，在运动过程中，结构光模组100可能因为某些原因发生抖动， 导致传感器坐标系相对设备坐标系产生偏移。以机器人为例，结构光模组100安装在机器人前侧的撞板上，撞板是活动部件，抖动量较大，在机器人运动过 程中，撞板的抖动会导致结构光模组100发生抖动，进而导致结构光模组100 所在传感器坐标系相对于机器人所在设备坐标系(或称为机器人坐标系)产生 偏移。这种偏移会导致结构光模组100采集到的高精度数据在变换到设备坐标 系过程中产生偏差，导致结构光模组100的测量数据使用效果不理想，不利于 充分发挥结构光模组100的高精度优势。

基于上述考虑，在本实施例中，结构光模组100上安装IMU108。IMU是测 量物体三轴姿态角和/或加速度的装置。一般地，IMU可以包括但不限于：陀螺 仪、加速度计以及磁力计等中至少一种。其中，陀螺仪是一种用来测量角速度 的传感器；加速度计是一种用来测量运载体线加速度的仪表；磁力计是一种测 试磁场强度和方向，定位设备的方位的传感器。在本申请实施例中，并不限定 IMU的具体实现形态。凡是可以测量结构光模组100相对自主移动设备发生的 偏移量的IMU均适用于本申请实施例。例如，可以是但不限于三轴IMU、六轴 IMU、九轴IMU等等。可选地，在IMU为三轴IMU的情况下，IMU可以采用 三轴陀螺仪、三轴加速度计或者三轴磁力计。在IMU为六轴IMU的情况下，IMU 可以采用三轴陀螺仪和三轴加速度计，但不限于此。例如，在IMU为六轴IMU 的情况下，IMU可以采用三轴陀螺仪和三轴磁力计，也可以采用三轴加速度计 和三轴磁力计，等等。

在本申请实施例中，并不限定IMU108的安装位置，例如可以安装在结构 光模组100的前侧、后侧、左侧、右侧、上部、下部等等。无论安装在结构光 模组100上哪个位置，在本申请实施例中，IMU108可在结构光模组100应用在 自主移动设备上时，测量结构光模组100相对于自主移动设备发生的偏移量。 在本申请实施例中，也不限定偏移量的种类，根据应用需求的不同，IMU108的 类型会有所不同，偏移量也会有所不同。例如，当IMU108为三轴陀螺仪时， 这里的偏移量主要指结构光模组100相对于自主移动设备发生的旋转偏移量；当IMU108为三轴加速度计时，这里的偏移量主要指结构光模组100相对于自 主移动设备发生的位移偏移量；当IMU为三轴磁力计时，这里的偏移量主要指 结构光模组100相对于自主移动设备发生的方位偏移量等等。

在本申请实施例中，也不限定通过IMU108获取偏移量的实施方式。凡是 通过IMU108得到结构光模组100相对于自主移动设备发生的偏移量的实施方 式均适用于本申请实施例。当然，在IMU108采用不同类型的传感器实现时， 不同传感器检测结构光模组100相对于自主移动设备发生的偏移量的实施方式 也会有所不同。例如，假设IMU108采用三轴陀螺仪，则可以设定积分周期， 对陀螺仪测量到的瞬时角速度值在积分周期内进行积分得到角度偏移量，该角 度偏移量表示结构光模组100相对于自主移动设备发生的旋转偏移量。又例如， IMU108也可以采用三轴加速度计，则可以设定积分周期，对加速度计测量到的瞬时加速度值在积分周期内进行积分得到距离偏移量，该距离偏移量表示结构 光模组100相对于自主移动设备发生的平移偏移量，等等。其中，积分周期可 以根据应用场景或者需求设定，例如对陀螺仪测量的瞬时加速度值每3ms、5ms、 7ms等时间长度进行一次积分，得到角度偏移量。

在本申请实施例中，并不限定主控单元103的实现形态。主控单元103可 以是但不限于CPU、GPU、MCU、基于FPGA或CPLD实现的处理芯片或者单 片机等。在本实施例中，主控单元103一方面可控制摄像头模组101和线激光 发射器102进行工作，另一方面还可根据IMU108测量到的偏移量对摄像头模 组101采集到的环境图像进行校准。主控单元103还与IMU108电连接，IMU108 可将测量到的偏移量传输给主控单元103。本申请实施例并不限定利用偏移量对 环境图像进行校准的具体实施方式，凡是可以利用偏移量校准环境图像的实施 方式均适用于本申请实施例。

在一可选实施例中，主控单元103在对环境图像进行校准时，具体用于： 利用偏移量对第一变换矩阵进行校准，并利用校准后的第一变换矩阵将环境图 像变换到设备坐标系中，以达到校准环境图像的目的。

其中，第一变换矩阵是结构光模组100所在的传感器坐标系到自主移动设 备所在的设备坐标系之间的变换矩阵。第一变换矩阵在一定程度上可由结构光 模组100安装到自主移动设备上的结构参数决定，这里的结构参数包含但不限 于：安装高度、安装角度、水平向的安装位置等等。第一变换矩阵默认是固定 值，但是由于结构光模组100安装在自主移动设备上，自主移动设备行进过程 中会发生抖动，这种抖动会引起结构光模组100安装到自主移动设备上的结构 参数的变化，结构参数的变化意味着第一变换矩阵不应该是固定值，而应该是 动态变化的。

在上述可选实施例中，将结构光模组100相对自主移动设备发生的偏移量， 体现到第一变换矩阵中，通过对第一变换矩阵进行校准，使得第一变换矩阵能 跟随结构光模组100相对自主移动设备产生的偏移动态变化，即能够跟随结构 参数的变化动态变化，进而基于动态变化的第一变换矩阵可准确地将结构光模 组100采集到的环境图像转换到自主移动设备所在的设备坐标系中，一定程度 上解决因抖动引起的环境图像从传感器坐标系到设备坐标系转换过程中产生误 差导致环境图像使用不准确的问题。

在本申请实施例中，并不限定主控单元103对第一变换矩阵进行校准的具 体实施方式。凡是可以对第一变换矩阵进行校准实施方式均适用于本申请实施 例。在一可选实施例中，主控单元103对第一变换矩阵进行校准时，具体用于： 计算偏移量与第二变换矩阵的乘积，以得到传感器坐标系下的偏移量矩阵；计 算偏移量矩阵与第一变换矩阵的乘积，以得到校准后的第一变换矩阵；其中， 第二变换矩阵是IMU108所在的IMU坐标系到传感器坐标系之间的变换矩阵， 第二变换矩阵由IMU108安装到结构光模组100的结构参数决定，这里的结构 参数包含但不限于：安装高度、安装角度、水平向的安装位置等等。其中，IMU108相对结构光模组100固定安装，理论上认为IMU108相对结构光模组100不会 产生偏移，意味着第二变换矩阵是准确地。因此，可利用第二变换矩阵将IMU108 测量到的偏移量直接变换到结构光模组100所在的传感器坐标系中，得到传感 器坐标系下的偏移量矩阵。该偏移量矩阵可用于校准第一变换矩阵。

在本申请实施例中，并不限定传感器坐标系、设备坐标系以及IMU坐标系 的建立方式。可选地，设备坐标系和传感器坐标系可以采用但不限于图1j所示 方式建立。如图1j所示，设备坐标系以自主移动设备的重心为坐标原点O1，中 心位于设备内部，位于设备内部的坐标轴用虚线表示，位于设备外部的坐标系 部分用实线表示。以水平向前的中轴线为x1轴，以水平向左的与x1轴垂直的 直线为y1轴，以垂直自主移动设备向上的直线为z1轴；结构光模组位于自主 移动设备前侧的撞板上，摄像头模组位于自主移动设备的x1轴上，为了方便计 算，传感器坐标系以摄像头模组为坐标原点，传感器坐标系的x2轴与设备坐标系的x1轴重合，传感器坐标系的y2轴与z2轴平行于设备坐标系的y1轴与z1 轴。当然，传感器坐标系也可以以线激光发射器为坐标原点建立坐标系，对此 不做限定。

空间中的一个位置点在不同坐标系中的坐标值是不同的，在将源坐标系中 一个位置点的坐标转换到目标坐标系时，需要用该位置点在源坐标系中的坐标 左乘变换矩阵得到该位置点在目标坐标系中的坐标，其中变换矩阵体现了源坐 标系与目标坐标系之间的位置关系。在本申请实施例中，第一变换矩阵和第二 变换矩阵均为变换矩阵，并不限定变换矩阵的实现形态。可选地，第一变换矩 阵和第二变换矩阵可以由旋转矩阵和平移矩阵拼接组成。由源坐标系到目标坐 标系需要经历一系列的旋转与平移操作。坐标轴的旋转过程中，角度的变化由 旋转矩阵R表示，坐标轴移动过程中，距离的变化由平移矩阵t表示。旋转矩 阵是m×m阶方阵，平移矩阵t是m×1阶矩阵，旋转矩阵R和平移矩阵t拼接后 得到的变换矩阵T是(m+1)×(m+1)阶方阵，其中变换矩阵T最后一行的最 后一个元素用1补充，最后一行其余元素用0补充。其中，m是正整数。这里 对第一变换矩阵和第二变换矩阵的矩阵结构的说明仅为示例性，但并不限于此。 例如，对于三维空间，m可以取3，第一变换矩阵和第二变换矩阵是4*4矩阵。

对第一变换矩阵进行校准时，具体地，根据IMU的不同，偏移量体现的物 理意义也有所不同。当IMU108为三轴陀螺仪时，测量到的偏移量△T1体现了 旋转矩阵的变化量△R1，此时，平移矩阵的变化量△t1中的值为1；当IMU为 三轴加速度计时，测量到的偏移量△T2体现了平移矩阵的变化量△t2，此时旋 转矩阵的变化量△R2中的值为1；当IMU为三轴陀螺仪和三轴加速度计时，三 轴陀螺仪测量到的偏移量△T31体现了旋转矩阵的变化量△R3，三轴加速度计 测量到的偏移量△T32体现了平移矩阵的变化量△t3。当IMU为三轴陀螺仪、 三轴加速度计和三轴磁力计时，三轴磁力计测量到的方向偏移量△T41可以转化 为角度偏移量，与三轴陀螺仪测量到的偏移量△T42共同来体现旋转矩阵的变化 量△R4，三轴加速度计测量到的偏移量△T42体现了平移矩阵的变化量△t4；当 然三轴磁力计测量到的方向偏移量△T41可以转化为距离偏移量，与三轴加速度 计测量到的偏移量△T42共同体现平移矩阵的变化量△t4。不管使用哪种IMU， 最终的偏移量均由旋转矩阵和平移矩阵拼接得到，偏移量均反映了变换矩阵的 变化，利用第二变换矩阵与偏移量的乘积得到传感器坐标系下的偏移量矩阵， 利用偏移量矩阵与第一变换矩阵的乘积，得到校准后的第一变换矩阵。

对环境图像进行校准时，将传感器坐标系下的环境图像的坐标点与校准后 的第一变换矩阵相乘即可得到自主移动设备所在设备坐标系下的环境图像的坐 标。进一步，将准后的环境图像乘以第三变换矩阵，可将该环境图像变换到世 界坐标系中。其中，第三变换矩阵是自主移动设备所在设备坐标系到世界坐标 系之间的变换矩阵。基于校准后的环境图像，可对自主移动设备进行各种功能 控制，借助于结构光模组具有较高精度的优势，进一步结合对结构光模组相对 自主移动设备的偏移量的校准，可保证环境图像的准确性和精度，有利于对自 主移动设备进行精准地控制。

在本申请实施例中，并不限定线激光发射器102的总数量，例如可以是两 个或者两个以上。对于分布于摄像头模组101每一侧的线激光发射器102的数 量也不做限定，摄像头模组101每一侧的线激光发射器102的数量可以是一个 或多个；另外，两侧的线激光发射器102的数量可以相同，也可以不相同。在 图1a中，以摄像头模组101两侧各设置一个线激光发射器102为例进行图示， 但并不限于此。例如，摄像头模组101的左侧可以设置2个线激光发射器102， 摄像头模组101的右侧可以设置1个线激光发射器102。又例如，摄像头模组101的左右侧均设置2个、3个或5个线激光发射器102等。

在本实施例中，也不限定线激光发射器102在摄像头模组101两侧的分布 形态，例如可以是均匀分布，也可以是非均匀分布，可以是对称分布，也可以 是非对称分布。其中，均匀分布和非均匀分布可以是指分布于摄像头模组101 同一侧的线激光发射器102之间可以是均匀分布或非均匀分布，当然，也可以 理解为：分布于摄像头模组101两侧的线激光发射器102从整体上来看是均匀 分布或非均匀分布。对于对称分布和非对称分布，主要是指分布于摄像头模组 101两侧的线激光发射器102从整体上看是对称分布或非对称分布。这里的对称 既包括数量上的对等，也包括安装位置上的对称。例如，在图1b所示的结构光 模组中，线激光发射器102的数量为两个，且两个线激光发射器102对称分布 于摄像头模组101两侧。

在本申请实施例中，也不限定线激光发射器102与摄像头模组101之间的 安装位置关系，凡是线激光发射器102分布在摄像头模组101两侧的安装位置 关系均适用于本申请实施例。其中，线激光发射器102与摄像头模组101之间 的安装位置关系，与结构光模组100的应用场景相关。可根据结构光模组100 的应用场景，灵活确定线激光发射器102与摄像头模组101之间的安装位置关 系。这里的安装位置关系包括以下几个方面：

安装高度：在安装高度上，线激光发射器102和摄像头模组101可以位于 不同高度。例如，两侧的线激光发射器102高于摄像头模组101，或者，摄像头 模组101高于两侧的线激光发射器102；或者一侧的线激光发射器102高于摄像 头模组101，另一侧的线激光发射器102低于摄像头模组101。当然，线激光发 射器102和摄像头模组101也可以位于同一高度。较为优选的，线激光发射器 102和摄像头模组101可以位于同一高度。例如，在实际使用中，结构光模组 100会被安装在某一设备(例如机器人、净化器、无人车等自主移动设备)上， 在该情况下，线激光发射器102和摄像头模组101到设备所在工作面(例如地 面)之间的距离相同，例如两者到工作面的距离都是47mm、50mm、10cm、30cm 或50cm等。

安装距离：安装距离是指线激光发射器102与摄像头模组101之间的机械 距离(或者称为基线距离)。线激光发射器102与摄像头模组101之间的机械距 离，可根据结构光模组100的应用需求灵活设定。其中，线激光发射器102与 摄像头模组101之间的机械距离、结构光模组100所在设备(例如机器人)需 要满足的探测距离以及该设备的直径等信息可在一定程度上决定测量盲区的大 小。对结构光模组100所在设备(例如机器人)来说，其直径是固定的，测量 范围与线激光发射器102与摄像头模组101之间的机械距离是可以根据需求灵 活设定，这意味着机械距离及盲区范围不是固定值。在保证设备测量范围(或 性能)的前提下，应该尽量减小盲区范围，然而，线激光发射器102与摄像头 模组101之间的机械距离越大，可以控制的距离范围就越大，这有利于更好地 控制盲区大小。

在一些应用场景中，结构光模组100应用于扫地机器人上，例如可以安装 在扫地机器人的撞板上或机器人本体上。针对扫地机器人来说，下面示例性给 出线激光发射器102与摄像头模组101之间比较合理的机械距离范围。例如， 线激光发射器102与摄像头模组101之间的机械距离可以大于20mm。进一步可 选地，线激光发射器102与摄像头模组101之间的机械距离大于30mm。更进一 步，线激光发射器102与摄像头模组101之间的机械距离大于41mm。需要说明 的是，这里给出的机械距离的范围，并不仅仅适用于结构光模组100应用在扫 地机器人这一种场景，也适用于结构光模组100在规格尺寸与扫地机器人比较 接近或类似的其它设备上的应用。

发射角度：发射角度是指在安装好之后，线激光发射器102发射线激光的 中心线与线激光发射器102的安装基线之间的夹角。安装基线是指在线激光模 组102与摄像头模组101位于同一安装高度的情况下，线激光模组102和摄像 头模组101所在的一条直线。在本实施例中，并不限定线激光发射器102的发 射角度。该发射角度与结构光模组100所在设备(例如机器人)需要满足的探 测距离、该设备的半径以及线激光发射器102与摄像头模组101之间的机械距 离有关。在结构光模组100所在设备(例如机器人)需要满足的探测距离、该 设备的半径和线激光发射器102与摄像头模组101之间的机械距离确定的情况 下，可直接通过三角函数关系得到线激光发射器102的发射角度，即发射角度 是一固定值。

当然，如果需要某个特定的发射角度，可以通过调整结构光模组100所在 设备(例如机器人)需要满足的探测距离和线激光发射器102与摄像头模组101 之间的机械距离来实现。在一些应用场景中，在结构光模组100所在设备(例 如机器人)需要满足的探测距离和设备的半径确定的情况下，通过调整线激光 发射器102与摄像头模组101之间的机械距离，线激光发射器102的发射角度 可在一定角度范围内变化，例如可以是50-60度，但不限于此。

结合图1c所示，以结构光模组100在扫地机器人上的应用为例，对上述几 个安装位置关系以及相关参数进行示例性图示。在图1c中，字母B表示摄像头 模组，字母A和C表示位于摄像头模组两侧的线激光发射器；H表示两侧的线 激光发射器发射出去的线激光在摄像头模组的视场角内的交点；直线BD和BE 表示摄像头模组的水平视场的两个边界，∠DBE表示摄像头模组的水平视场角。 在图1c中，直线AG表示线激光发射器A发射线激光的中心线；直线CF表示 线激光发射器C发射线激光的中心线。另外，在图1c中，直线BH表示摄像头模组视场角的中心线，即在图1c中，两侧的线激光发射器发射线激光的中心线 与摄像头模组视场角的中心线相交。在图1c中，未示出IMU108。

在本申请各实施例中，并不限定所采用的摄像头模组的水平视场角和垂直 视场角。可选地，摄像头模组的水平视场角范围可以是60-75度。进一步，摄像 头模组的水平视场角可以是69.49度、67.4度等。相应地，摄像头模组的垂直视 场角范围可以是60-100度。进一步，摄像头模组的垂直视场角可以是77.74度、 80度等。

在图1c中，扫地机器人的半径为175mm，直径为350mm；线激光发射器A 和C对称分布在摄像头模组B的两侧，且线激光发射器A或C与摄像头模组B 之间的机械距离为30mm；摄像头模组B的水平视场角∠DBE为67.4度；在扫 地机器人的探测距离为308mm的情况下，线激光发射器A或C的发射角度为 56.3度。如图1c所示，过H点的直线IH与安装基线之间的距离时45mm，直 线IH到扫地机器人边缘切线之间的距离为35mm，这部分区域为视场盲区。图1c所示各种数值仅为示例性说明，并不限于此。

为了便于使用，本申请实施例提供的结构光模组100除了包括摄像头模组 101、分布于摄像头模组101两侧的线激光发射器102以及主控单元103之外， 还包括一些用于承载摄像头模组101、线激光发射器102以及主控单元103的承 载结构。承载结构可以有多种实现形式，对此不做限定。在一些可选实施例中， 承载结构包括固定座，进一步还可以包括与固定座配合使用的固定盖。结合图 1e-图1i对带有固定座以及固定盖的结构光模组100的结构进行说明。其中，图1e-图1i分别是结构光模组100的前视图、仰视图、俯视图、后视图和***图， 由于视角原因，每个视图并未展示全部组件，故而图1e-图1i中仅标记部分组件。如图1e-图1i所示，结构光模组100还包括：固定座104。摄像头模组101、IMU108 和线激光发射器102装配在固定座104上，主控单元103固定在固定座104的 后方。

进一步可选地，如图1i所示，固定座104包括：主体部105和位于主体部 105两侧的端部106；其中，摄像头模组101和IMU108装配在主体部105上， 线激光发射器102装配在端部106上；其中，端部106的端面朝向参考面，以 使线激光发射器102的中心线与摄像头模组101的中心线相交于一点；参考面 是与主体部105的端面或端面切线垂直的平面。

在一可选实施例中，为了方便固定，降低器件对结构光模组100外观的影 响，如图1i所示，主体部105的中间位置开设有凹槽111，摄像头模组101安 装于凹槽111内；端部106上设有安装孔109，线激光发射器102安装于安装孔 109内。进一步可选地，如图1i所示，结构光模组100还装配有固定座104上 方的固定盖107；固定盖107与固定座104之间形成腔体，以容纳摄像头模组 101、IMU108和线激光发射器102与主控单元103之间的连接线。其中，固定 盖107、主控单元103、IMU108以及固定座104之间可采用固定件进行固定。 在图1i中，以螺钉110为例对固定件进行图示，但固定件并不限于螺钉这一种 实现形式。

在一可选实施例中，摄像头模组101的镜头位于凹槽111外边缘之内，即镜 头内缩在凹槽111内，可防止镜头被刮蹭或磕碰，有利于保护镜头。

在本申请实施例中，并不对主体部105端面的形状做限定，例如可以是平 面，也可以是向内或向外凹陷的曲面等。根据结构光模组100所在设备的不同， 主体部105端面的形状也有所不同。例如，假设结构光模块100应用于外形轮 廓为圆形或椭圆形的自主移动设备，则主体部105的端面可实现为向内凹陷的 曲面，该曲面与自主移动设备的外形轮廓适配。若结构光模块100应用于外形 轮廓为方形或长方形的自主移动设备，则主体部105的端面可实现为平面，该 平面与自主移动设备的外形轮廓适配。其中，外形轮廓为圆形或椭圆形的自主 移动设备可以是外形轮廓为圆形或椭圆形的扫地机器人、擦窗机器人等。相应地，外形轮廓为方形或长方形的自主移动设备可以是外形轮廓为方形或长方形 的扫地机器人、擦窗机器人等。

在一可选实施例中，对于外形轮廓为圆形或椭圆形的自主移动设备来说， 结构光模组100安装于自主移动设备上，为了与自主移动设备的外观更加契合， 最大化利用自主移动设备的空间，主体部105的曲面半径与自主移动设备的半 径相同或近似相同。例如，若外形轮廓为圆形的自主移动设备，其半径范围为 170mm，则结构光模组在应用于该自主移动设备时，其主体部的曲面半径可以 为170mm或者近似170mm，例如可以在170mm-172mm范围内，但并不限于此。

进一步，在结构光模组应用在外形轮廓为圆形或椭圆形的自主移动设备的 情况下，结构光模组中线激光发射器的发射角度主要由自主移动设备需要满足 的探测距离和自主移动设备的半径等确定。在该场景下，结构光模组的主体部 的端面或端面切线与安装基线平行，因此线激光发射器的发射角度也可以定义 为：线激光发射器发射线激光的中心线与主体部的端面或端面切线之间的夹角。 在一些应用场景中，在自主移动设备的探测距离和半径确定的情况下，线激光 发射器的发射角度的范围可以实现为50-60度，但并不限于此。如图1e-图1i所 示，线激光发射器102的数量为两个，且两个线激光发射器102对称分布于摄 像头模组101两侧。其中，自主移动设备需要满足的探测距离是指其需要探测 环境信息的距离范围，主要是指自主移动设备前方一定距离范围。

本申请上述实施例提供的结构光模组，结构稳定、尺寸小，契合整机外观， 极大地节省了空间，可以支持多种类型的自主移动设备。

除上述结构光模组之外，本申请实施例还提供了另一种结构光模组。图2a 为本申请示例性实施例提供的另一种结构光模组的结构示意图。该结构光模组 200包括：线激光发射器201、摄像头模组202、IMU208以及主控单元203；其 中，线激光发射器201分布在摄像头模组202两侧。

进一步，如图2a所示，结构光模组200还包括激光驱动电路204。激光驱 动电路204电连接于主控单元203与线激光发射器201之间。在本申请实施例 中，并不限定激光驱动电路204的数量。不同激光发射器201可以共用一个激 光驱动电路204，也可以是一个线激光发射器201对应一个激光驱动电路204。 较为优选的是，一个线激光发射器201对应一个激光驱动电路204。在图2a中， 以一个线激光发射器对应一个激光驱动电路为例进行图示。如图2a所示，结构 光模组200包含两个线激光发射器201，分别用201a和201b表示，以及与两个 线激光发射器201分别对应的激光驱动电路204，分别用204a和204b表示。

在本实施例中，激光驱动电路204主要用于放大主控单元203发给线激光 发射器201的控制信号，并将放大后的控制信号提供给线激光发射器201，以控 制线激光发射器201。在本申请实施例中，并不对激光驱动电路204的电路结构 进行限定，凡是可以放大信号并可将放大后的信号给到线激光发射器201的电 路结构均适用于本申请实施例。

在一可选实施例中，如图2c所示，激光驱动电路204a或204b的一种电路 结构包括：第一放大电路2041和第二放大电路2042。其中，第一放大电路2041 与主控单元203电连接，主控单元203发给线激光发射器201的通断控制信号 经第一放大电路2041放大后进入线激光发射器201，以驱动线激光发射器201 开始工作。第二放大电路204b与主控单元203电连接，主控单元203发给线激 光发射器201的电流控制信号经第一放大电路2041放大后进入线激光发射器 201，以控制线激光发射器201的工作电流。

进一步，如图2c所示，第一放大电路2041包括：三极管Q1；三极管Q1 的基极连接电阻R27，在电阻R27与基极之间经电容C27接地，电容C27两端 并联一电阻R29；电阻R27的另一端作为第一放大电路的输入端与主控单元203 的第一IO接口电连接。其中，主控单元203的第一IO接口输出通断控制信号 经电容C27滤波并经三极管Q1放大后，驱动线激光发射器201开始工作。对主 控单元203来说，至少包括两个第一IO接口，每个第一IO接口与一个激光驱 动电路204电连接，用于向激光驱动电路204(如204a或204b)输出通断控制 信号。在图2c中，主控单元203经第一IO接口向激光驱动电路204a输出通断 控制信号用LD_L_EMIT_CTRL表示，向激光驱动电路204b输出的通断控制信 号用LD_R_EMIT_CTRL来表示。

进一步，如图2c所示，第二放大电路2042包括：MOS管Q7，MOS管Q7 的栅极连接电阻R37和电阻R35，在电阻R37和电阻R35之间经电容C29接地， 电阻R35的另一端作为第二放大电路的输入端与主控单元的第二IO接口电连 接；MOS管Q7的漏极经电阻R31接地，MOS管Q7的源极与三极管Q1的发 射极电连接；三极管Q1的集电极与激光驱动电路的电源之间作为激光驱动电路 的输出端，用以连接线激光发射器。其中，主控单元的第二IO接口输出脉冲宽 度变调电路(Pulse Width Modulation，PWM)信号经电阻R35和电容C29构成 的滤波电路滤波后，通过改变MOS管Q7的栅极电压可以控制激光发射器的工 作电流。对主控单元203来说，至少包括两个第二IO接口，每个第二IO接口 与一个激光驱动电路204电连接，用于向激光驱动电路204(如204a或204b) 输出PWM信号。在图2c中，主控单元203经第二IO接口向激光驱动电路204a 输出的PWM信号用LD_L_PWM表示，向激光驱动电路204b输出的PWM信 号用LD_R_PWM来表示。进一步，如图2c所示，J1表示线激光发射器201a 的控制接口，J2表示线激光发射器201b的控制接口，J1和J2与激光驱动电路 204a和204b之间的引脚连接关系如图2c所示。即，J1的引脚LD_L_CATHOD (阴极)、LD_L_ANODE(阳极)分别与激光驱动电路204a中的相应引脚连接； J2的引脚LD_R_CATHOD(阴极)、LD_R_ANODE(阳极)分别与激光驱动电路204b中的相应引脚连接。

在本申请实施例中，并不限定主控单元203的实现形态，例如可以是但不 限于：CPU、GPU、MCU、基于FPGA或CPLD实现的芯片以及单片机等。

在一可选实施例中，主控单元203采用单片机实现，换句话说，主控单元 203为单片机形态。可选地，如图2b所示，主控单元203的一种实现结构包括： 主控板20b。

在本申请实施例中，并不限定主控板20b的实现结构。凡是可以实现控制 功能的电路板均适用于本申请实施例。例如可以是FPGA板卡、单片机等等。 可选地，为了降低的实现成本，可采用价格低廉、性价比高的单片机作为主控 板。

如图2b所示，主控板20b包括多个IO接口(引脚)。在这些接口当中，一 部分IO接口可作为测试接口，与调试与烧录模块21b连接。其中，调试与烧录 模块21b用于完成配置文件的烧写以及在烧写成功后对于硬件功能的测试。调 试与烧录模块21b与主控板20b的连接关系是：调试与烧录模块21b的第2个 引脚21b_pin2与主控板20b的第23个引脚20b_pin23电连接，调试与烧录模块 21b的第3个引脚21b_pin3与主控板20b的第24个引脚20b_pin24电连接。其 中，引脚21b_pin3和20b_pin24属于测试用的IO接口。

如图2b所示，在主控板20b的IO接口中，包括用于控制IMU测量偏移量 的接口，其中，IMU208与主控板20b的连接关系是：208_pin1—20b_pin41。

如图2b所示，在主控板20b的IO接口中，包括用于连接时钟信号的接口， 这些接口可与时钟控制电路22b电连接，负责接收时钟控制电路22b提供的时 钟信号。时钟控制电路22b包括：电阻R9；与电阻R9并联的晶体振荡器Y1； 与Y1并联的电容C37；与电容C37串联的C38，其中，电容C37和C38均接 地；电阻R9两端分别引出时钟控制电路22b的输出端，与主控板20b上的时钟 信号接口电连接。时钟控制电路22b还包括：上接+3V电压的电阻R10；电阻R10经电容C40接地，在电阻R10与电容C40之间引出输出端与主控板20b的 异步复位(NRST)引脚电连接。进一步，时钟控制电路22b还包括：电阻R5； 电阻R5的一端经电容C26接地；电阻R5的另一端经C18接地；R5和C18之 间接有+3V电压和自主移动设备的处理器，在电阻R5与电容C26之间引出输出 端与主控板20b的VDDA引脚电连接。时钟控制电路22b中的晶体振荡器Y1 提供高频脉冲经过分频处理后，成为主控板20b内部时钟信号，将时钟信号作 为协调各部件工作的控制信号。另外，结构光模组安装在自主移动设备上的情 况下，时钟控制电路22b可以与自主移动设备的处理器连接，以实现自主移动 设备对结构光模组的控制。其中，时钟控制电路22b与主控板20b的连接关系 是：R9的一端接20b_pin2，另一端接20b_pin3，R10与C40之间接20b_pin4， R5与C26之间接20b_pin5。20b_pin2表示主控板20b的第2个引脚，20b_pin3 表示主控板20b的第3个引脚，20b_pin4表示主控板20b的第4个引脚(NRST)， 20b_pin5表示主控板20b的第5个引脚(VDDA)。

在本申请实施例中，并不限定摄像头模组202与主控板20b之间的连接方 式。其中，摄像头模组202可以直接与主控板20b连接；也可以通过FPC(Flexible PrintedCircuit)排线23b与主控板20b连接。

在摄像头模组202与主控板20b之间通过FPC排线23b连接的情况下，FPC 排线23b与主控板20b的连接关系是：23b_pin7—20b_pin22，23b_pin8— 20b_pin21，23b_pin10—20b_pin20，23b_pin11—20b_pin19，23b_pin13— 20b_pin18，23b_pin15—20b_pin16，23b_pin16—20b_pin13，23b_pin17— 20b_pin12，23b_pin18—20b_pin11，23b_pin19—20b_pin10，23b_pin20—20b_pin9， 23b_pin21—20b_pin8，23b_pin22—20b_pin7，23b_pin23—20b_pin6，23b_pin24 —20b_pin32，23b_pin25—20b_pin30，23b_pin26—20b_pin29。其中，“—”表示 连接关系。需要说明的是，图2b仅示出主控板20b的部分引脚，并不意味着主 控板20b只包含这些引脚。另外，在图2b和图2c所示引脚名称、引脚编号以 及对应引脚编号之间的连接关系仅为示例性说明，不应构成对本申请电路结构 的限定。

结合图2a-图2c所示，激光驱动电路204(以204a和204b为例)与主控板 20b的连接关系是：图2c中J1连接图2a中的线激光发射器201a，J1为线激光 发射器201a的控制接口；图2c中J2连接图2a中的线激光发射器201b，J2为 线激光发射器201b的控制接口。如图2b所示，激光驱动电路204a包括引脚 LD_L_CATHOD和LD_L_ANODE，分别与J1的引脚LD_L_CATHOD和 LD_L_ANODE电连接；激光驱动电路204b包括引脚LD_R_CATHOD和LD_R _ANODE，分别与J2的引脚LD_R_CATHOD和LD_R_ANODE电连接。图 2b中20b_pin28连接激光驱动电路204a的LD_L_EMIT_CTRL端，以控制线激 光发射器201a的导通与关断。当20b_pin28为高电平时，线激光发射器201a为 导通状态，当20b_pin28为低电平时，线激光发射器201a为关断状态。图2b中 20b_pin27连接激光驱动电路204b的LD_R_EMIT_CTRL端，以控制线激光发 射器201b的导通与关断，当20b_pin27为高电平时，线激光发射器201b为导通 状态，当20b_pin27为低电平时，线激光发射器201b为关断状态。图2b中 20b_pin26连接激光驱动电路204a的LD_L_PWM端，以控制线激光发射器201a 的工作电流，20b_pin26输出PWM信号，PWM信号的占空比可以从0％增加到 100％，随着占空比的增高，线激光发射器201a的工作电流也会增高，从而可以 通过调节20b_pin26上PWM信号的占空比来控制线激光发射器201a的工作电 流大小。图2b中20b_pin25连接激光驱动电路204b的LD_R_PWM端以控制线 激光发射器201b的工作电流，同理，20b_pin25输出的也是PWM信号，同样可 以通过调节20b_pin25输出的PWM信号的占空比来控制线激光发射器201b的 工作电流大小。

在本申请上述各实施例中，并不限定位于摄像头模组两侧的线激光发射器 的工作方式。在一可选实施例中，主控单元203具体用于：控制位于摄像头模 组两侧的线激光发射器交替工作，并控制摄像头模组202交替设置其镜头的工 作模式，以与处于工作状态中的线激光发射器201适配。

进一步可选地，主控单元203在控制摄像头模组202交替设置其镜头的工 作模式时，具体用于：在控制位于摄像头模组左侧的线激光发射器工作时，控 制摄像头模组的镜头工作在右半幅模式；在控制位于摄像头模组右侧的线激光 发射器工作时，控制摄像头模组的镜头工作在左半幅模式。

进一步可选地，主控单元203可以控制摄像头模组202曝光，并在摄像头 模组202每次曝光时，控制其中一侧的线激光发射器工作，达到两侧的线激光 发射器交替工作的目的。具体地，主控单元203可以通过图2c所示的激光驱动 电路204a或204b向线激光发射器发送通断控制信号和PWM信号，以驱动线激 光发射器工作。

当然，除了控制位于摄像头模组两侧的线激光发射器交替工作之外，也可 以控制位于摄像头模组两侧的线激光发射器同时工作。在位于摄像头模组两侧 的线激光发射器同时工作的情况下，摄像头模组的镜头工作在全幅模式。

基于上述结构光模组，本申请示例性实施例还提供一种自主移动设备的结 构示意图。如图3a所示，该设备包括：设备本体300，设备本体300上设置有 主控制器301和结构光模组302。

结构光模组包括：摄像头模组302a、分布于摄像头模组302a两侧的线激光 发射器302b、以及控制摄像头模组302a和线激光发射器302b工作的主控单元 302c；线激光发射器302b在主控单元302c的控制下向外发射线激光；摄像头模 组302a用于在主控单元302c的控制下采集由线激光探测到的环境图像；主控制 器301用于利用环境图像对自主移动设备进行功能控制。

在本申请实施例中，自主移动设备还包括惯性测量单元IMU308，IMU108 安装在结构光模组302上，但并不限定IMU308在结构光模组302上的具体安 装位置。例如，IMU308可以安装在但不限于结构光模组302的前侧、后侧、上 部、下部、左侧、右侧等等。IMU308用于测量结构光模组302相对于自主移 动设备发生的偏移量。主控单元302c还用于：根据偏移量对环境图像进行校准， 并将校准后的环境图像提供给主控制器301；主控制器301用于利用校准后的环 境图像对自主移动设备进行功能控制。关于结构光模组的详细描述请参见前述 实施例中的内容，在此不再赘述。

在本申请实施例中，自移动设备可以是任何能够在其所在环境中高度自主 地进行空间移动的机械设备，例如，可以是机器人、净化器、无人机等。其中， 机器人可以包括扫地机器人、擦玻璃机器人、家庭陪护机器人、迎宾机器人等。

当然，根据自主移动设备实现形态的不同，自主移动设备的形状也会有所 不同。本实施例并不限定自主移动设备的实现形态。以自主移动设备的外轮廓 形状为例，自主移动设备的外轮廓形状可以是不规则形状，也可以是一些规则 形状。例如，自主移动设备的外轮廓形状可以是圆形、椭圆形、方形、三角形、 水滴形或D形等规则形状。规则形状之外的称为不规则形状，例如人形机器人 的外轮廓、无人车的外轮廓以及无人机的外轮廓等属于不规则形状。

在本申请实施例中，并不限定主控制器301的实现形态，例如可以是但不 限于CPU、GPU或MCU等处理器。本申请实施例并不限定主控制器301根据 环境图像对自主移动设备进行功能控制的具体实施方式。例如，主控制器301 可以根据环境图像控制自主移动设备实现各种基于环境感知的功能。例如，可 以实现视觉算法上的物体识别、跟踪与分类等功能；另外，基于线激光检测精 度较高的优势，还可以实现实时性强、鲁棒性强、精度高的定位和构建地图等 功能，进而还可以基于构建出的高精度的环境地图对运动规划、路径导航、定 位等提供全方位的支持。当然，主控制器301还可以根据环境图像对自主移动 设备进行行进控制，例如控制自主移动设备执行继续前进、后退、拐弯等动作 等。

同理，本申请实施例不限定主控单元302c的实现形态，例如可以是但不限 于CPU、GPU或MCU等处理器。本申请实施例也不限定主控单元302c控制结 构光模组302的方式。凡是可以实现结构光模组302功能的实施方式均适用于 本申请实施例。例如可以是当主控单元302c为MCU时，通电后，MCU开始初 始化输入输出IO(In/Out)接口，IO接口是MCU与结构光模组进行信息交换 的纽带。MCU利用I2C(Inter Integrated Circuit)接口配置结构光模组302。

下面以主控单元302c是MCU、IMU是三轴陀螺仪和三轴加速度计为例， 对MCU与结构光模组302配合工作的原理进行说明。如图3b所示，通电后， MCU开始初始化IO接口，并通过I2C接口配置结构光模组302。初始化完成后， MCU通过I2C接口控制结构光模组302，实现对结构光模组中的摄像头模组302a 和线激光发射器302b的控制。MCU通过I2C接口向摄像头模组302a发送触发 信号，摄像头模组302a收到触发信号开始曝光同时向MCU发送曝光同步(LED STROBE)信号给MCU。MCU收到LED STROBE信号后，在LED STROBE信 号的上升沿，通过激光驱动电路304c驱动右侧线激光发射器302b发射激光， 在LED STROBE信号的下降沿，MCU关闭右侧线激光发射器302b。曝光完成 后，摄像头模组302a通过主控板上的数字视频接口(DigitalVideo Port，DVP) 触发MCU采集图片数据由MCU进行处理，这里的处理主要是根据IMU308测 量到的偏移量，对图片数据进行校准，以精确地将图片数据从结构光模组302 所在坐标系转换到自主移动设备所在坐标系下，然后将经过坐标系转换后的图 片数据通过串行接口上报给自主移动设备的主控制器301。摄像头模组302a左 半幅模式完成后，同理，MCU通过I2C接口向摄像头模组302a发送触发信号， 摄像头模组302a收到触发信号开始曝光同时向MCU发送曝光同步(LED STROBE)信号给MCU。MCU收到LED STROBE信号后，在LED STROBE信 号的上升沿，通过激光驱动电路304c驱动左侧线激光发射器302b发射激光， 在LED STROBE信号的下降沿，MCU关闭右侧线激光发射器302b。曝光完成 后，摄像头模组302a通过主控板上的DVP触发MCU采集图片数据并由MCU 进行处理，这里的处理主要是根据IMU308测量到的偏移量，对图片数据进行 校准，以精确地将图片数据从结构光模组302所在坐标系转换到自主移动设备 所在坐标系下，然后将经过坐标系转换后的图片数据通过串行接口上报给自主 移动设备的主控制器301。一直重复上述过程，直至操作结束。

在本申请实施例中，并不限定结构光模组302在设备本体300的具***置。 例如可以是但不限于设备本体300的前侧、后侧、左侧、右侧、顶部、中部以 及底部等等。进一步，结构光模组302设置在设备本体300高度方向上的中部 位置、顶部位置或底部位置。

在一可选实施例中，自主移动设备向前移动执行作业任务，为了更好的探 测前方的环境信息，结构光模组302设置于设备本体300的前侧；前侧是自主 移动设备向前移动过程中设备本体朝向的一侧。

在又一可选实施例中，为了保护结构光模组302不受外力的破坏，设备本 体300的前侧还安装有撞板305，撞板305位于结构光模组302外侧。如图3c 所示，为设备本体300与撞板305的分解示意图。在图3c中，以扫地机器人为 例对自主移动设备进行图示，但并不限于此。结构光模组302可以安装在撞板 305上；也可以不安装在撞板305上，对此不做限定。撞板305上对应结构光模 组302的区域开设有窗口，以露出结构光模组中的摄像头模组302a和线激光发 射器302b。进一步可选地，撞板上对应摄像头模组302a和线激光发射器302b 的位置分别开设有窗口。如图3c所示，撞板305上设有窗口31、32和33，其 中，窗口31和33对应线激光发射器302b；窗口32对应于摄像头模组302a。

在又一可选实施例中，结构光模组302安装在撞板305的内侧壁上。图3d 所示，为结构光模组302与撞板305的分解示意图。

在又一可选实施例中，结构光模组的中心到自主移动设备所在工作面的距 离范围为30-60mm。为了减小自主移动设备的空间盲区，使视场角足够大，进 一步可选地，结构光模组的中心到自主移动设备所在工作面的距离为47mm。

进一步，除了上述提到的各种组件，本实施例的自主移动设备还可以包括 一些基本组件，例如一个或多个存储器、通信组件、电源组件、驱动组件等等。

其中，一个或多个存储器主要用于存储计算机程序，该计算机程序可被主 控制器执行，致使主控制器控制自主移动设备执行相应任务。除了存储计算机 程序之外，一个或多个存储器还可被配置为存储其它各种数据以支持在自主移 动设备上的操作。这些数据的示例包括用于在自主移动设备上操作的任何应用 程序或方法的指令，自主移动设备所在环境/场景的地图数据，工作模式，工作 参数等等。

通信组件被配置为便于通信组件所在设备和其他设备之间有线或无线方式 的通信。通信组件所在设备可以接入基于通信标准的无线网络，如Wifi，2G或 3G、4G、5G或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件经由广播信道接 收来自外部广播管理***的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中， 通信组件还可以包括近场通信(NFC)模块，射频识别(RFID)技术，红外数 据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术等。

可选地，驱动组件可以包括驱动轮、驱动电机、万向轮等。可选地，如图 3c所示，本实施例的自主移动设备可实现为扫地机器人，则在实现为扫地机器 人的情况下，自主移动设备还可以包括清扫组件，清扫组件可以包括清扫电机、 清扫刷、起尘刷、吸尘风机等。不同自主移动设备所包含的这些基本组件以及 基本组件的构成均会有所不同，本申请实施例仅是部分示例。

基于上述结构光模组，本申请实施例还提供另一种自主移动设备的结构示 意图，如图4a所示，该设备包括：设备本体400，设备本体400上设有主控制 器401、惯性测量单元IMU408和结构光模组402；结构光模组402包括：摄像 头模组402a和分布于摄像头模组两侧的线激光发射器402b。关于结构光模组 402的详细描述请参见前述实施例的内容，在此不再赘述。

本申请实施例并不限定主控制器401与结构光模组402电连接的方式，凡 是可控制结构光模组402工作的方式均适用于本申请实施例。具体地，主控制 器401分别与摄像头模组402a和线激光发射器402b电连接。其中，主控制器 401一方面控制线激光发射器402b向外发射线激光，例如可控制线激光发射器 402b向外发射线激光的时间以及发射功率等；另一方面控制摄像头模组402a采 集由线激光探测到的环境图像，例如可控制摄像头模组402a的曝光频率、曝光 时长、工作频率等；进一步，主控制器401还负责根据环境图像对自主移动设 备进行功能控制。

在本申请实施例中，惯性测量单元IMU408安装在结构光模组402上，并 不限定IMU408在结构光模组402上的具体安装位置。例如，IMU408可以安装 在但不限于结构光模组402的前侧、后侧、上部、下部、左侧、右侧等等。IMU408 用于测量结构光模组402相对于自主移动设备发生的偏移量。主控制器401还 用于：根据偏移量对环境图像进行校准，并利用校准后的环境图像对自主移动 设备进行功能控制。

在本申请实施例中，自移动设备可以是任何能够在其所在环境中高度自主 地进行空间移动的机械设备，例如，可以是机器人、净化器、无人机等。其中， 机器人可以包括扫地机器人、擦玻璃机器人、家庭陪护机器人、迎宾机器人等。

当然，根据自主移动设备实现形态的不同，自主移动设备的形状也会有所 不同。本实施例并不限定自主移动设备的实现形态。以自主移动设备的外轮廓 形状为例，自主移动设备的外轮廓形状可以是不规则形状，也可以是一些规则 形状。例如，自主移动设备的外轮廓形状可以是圆形、椭圆形、方形、三角形、 水滴形或D形等规则形状。规则形状之外的称为不规则形状，例如人形机器人 的外轮廓、无人车的外轮廓以及无人机的外轮廓等属于不规则形状。

本申请实施例并不限定主控制器401根据环境图像对自主移动设备进行功 能控制的具体实施方式。例如，主控制器401可以根据环境图像控制自主移动 设备实现各种基于环境感知的功能。例如，可以实现视觉算法上的物体识别、 跟踪与分类等功能；另外，基于线激光检测精度较高的优势，还可以实现实时 性强、鲁棒性强、精度高的定位和构建地图等功能，进而还可以基于构建出的 高精度的环境地图对运动规划、路径导航、定位等提供全方位的支持。当然， 主控制器401还可以根据环境图像对自主移动设备进行行进控制，例如控制自 主移动设备执行继续前进、后退、拐弯等动作等。

在本申请实施例中，并不限定主控制器401的实现形态，例如可以是但不 限于CPU、GPU、MCU、基于FPGA或CPLD实现的处理芯片以或者单片机等。

在一可选实施例中，主控制器401采用单片机实现，换句话说，主控制器 401为单片机形态。可选地，如图4b所示，主控制器401的一种实现结构包括： 主控板40b。

在本申请实施例中，并不限定主控板40b的实现结构。凡是可以实现控制 功能的电路板均适用于本申请实施例。例如可以是FPGA板卡、单片机等等。 可选地，为了降低的实现成本，可采用价格低廉、性价比高的单片机作为主控 板。

如图4b所示，主控板40b包括多个IO接口(引脚)。在这些接口当中，一 部分IO接口可作为测试接口，与调试与烧录模块41b连接。其中，调试与烧录 模块41b用于完成配置文件的烧写以及在烧写成功后对于硬件功能的测试。调 试与烧录模块41b与主控板40b的连接关系是：调试与烧录模块41b的第2个 引脚41b_pin2与主控板40b的第23个引脚40b_pin23电连接，调试与烧录模块 41b的第3个引脚41b_pin3与主控板40b的第24个引脚40b_pin24电连接。其 中，引脚41b_pin3和40b_pin24属于测试用的IO接口。

如图4b所示，在主控板40b的IO接口中，包括用于控制IMU测量偏移量 的接口，其中，IMU408与主控板40b的连接关系是：408_pin1—40b_pin41。

如图4b所示，在主控板40b的IO接口中，包括用于连接时钟信号的接口， 这些接口可与时钟控制电路42b电连接，负责接收时钟控制电路42b提供的时 钟信号。时钟控制电路42b包括：电阻R9；与电阻R9并联的晶体振荡器Y1； 与Y1并联的电容C37；与电容C37串联的C38，其中，电容C37和C38均接 地；电阻R9两端分别引出时钟控制电路42b的输出端，与主控板40b上的时钟 信号接口电连接。时钟控制电路42b还包括：上接+3V电压的电阻R10；电阻R10经电容C40接地，在电阻R10与电容C40之间引出输出端与主控板40b的 异步复位(NRST)引脚电连接。进一步，时钟控制电路42b还包括：电阻R5； 电阻R5的一端经电容C26接地；电阻R5的另一端经C18接地；R5和C18之 间接有+3V电压和自主移动设备的处理器，在电阻R5与电容C26之间引出输出 端与主控板40b的VDDA引脚电连接。时钟控制电路42b中的晶体振荡器Y1 提供高频脉冲经过分频处理后，成为主控板40b内部时钟信号，将时钟信号作 为协调各部件工作的控制信号。另外，结构光模组402安装在自主移动设备上 的情况下，时钟控制电路42b可以与主控制器401连接，以实现自主移动设备 对结构光模组402的控制。其中，时钟控制电路42b与主控板40b的连接关系 是：R9的一端接40b_pin2，另一端接40b_pin3，R10与C40之间接40b_pin4， R5与C26之间接40b_pin5。40b_pin2表示主控板40b的第2个引脚，40b_pin3 表示主控板40b的第3个引脚，40b_pin4表示主控板40b的第4个引脚(NRST)，40b_pin5表示主控板40b的第5个引脚(VDDA)。

在本申请实施例中，并不限定摄像头模组402a与主控板40b之间的连接方 式。其中，摄像头模组402a可以直接与主控板40b连接；也可以通过FPC(Flexible PrintedCircuit)排线43b与主控板40b连接。

在摄像头模组402a与主控板40b之间通过FPC排线43b连接的情况下，FPC 排线43b与主控板40b的连接关系是：43b_pin7—40b_pin22，43b_pin8— 40b_pin21，43b_pin10—40b_pin20，43b_pin11—40b_pin19，43b_pin13— 40b_pin18，43b_pin15—40b_pin16，43b_pin16—40b_pin13，43b_pin17— 40b_pin12，43b_pin18—40b_pin11，43b_pin19—40b_pin10，43b_pin20—40b_pin9，43b_pin21—40b_pin8，43b_pin22—40b_pin7，43b_pin23—40b_pin6，43b_pin24 —40b_pin32，43b_pin25—40b_pin30，43b_pin26—40b_pin29。其中，“—”表示 连接关系；43b_pinx表示FPC排线43b上的x引脚；40b_pinx表示主控板40b 上的x引脚；x是大于或等于0的自然数。

进一步，如图4c所示，自主移动设备使用的结构光模组402还可以包括： 激光驱动电路402c。其中，激光驱动电路402c的实现结构类似于图2c所示激 光驱动电路204a或204b，在此不再赘述。在图4b中，以结构光模组402包括 两个激光驱动电路402c为例，对激光驱动电路402c与主控板40b的连接关系进 行示例性说明。图4b中J1连接图4c中左侧线激光发射器402b，J1为左侧线激 光发射器402b的控制接口；图4b中J2连接图4c中右侧线激光发射器402b， J2为右侧线激光发射器402b的控制接口。如图4b所示，用于驱动左侧线激光发射器402b的激光驱动电路402c包括引脚LD_L_CATHOD和LD_L_ANODE， 分别与J1的引脚LD_L_CATHOD和LD_L_ANODE电连接；用于驱动右侧线激 光发射器402b的激光驱动电路402c包括引脚LD_R_CATHOD和LD_R _ANODE，分别与J2的引脚LD_R_CATHOD和LD_R_ANODE电连接。图 4b中40b_pin28连接用于驱动左侧线激光发射器402b的激光驱动电路402c的 LD_L_EMIT_CTRL端，以控制左侧线激光发射器402b的导通与关断，当 40b_pin28为高电平时，左侧线激光发射器402b为导通状态，当40b_pin28为低 电平时，左侧线激光发射器402b为关断状态。图4b中40b_pin27连接用于驱动 右侧线激光发射器402b的激光驱动电路402c的LD_R_EMIT_CTRL端，以控 制右侧线激光发射器402b的导通与关断，当40b_pin27为高电平时，右侧线激 光发射器402b为导通状态，当40b_pin27为低电平时，右侧线激光发射器402b为关断状态。图4b中40b_pin26连接用于驱动左侧线激光发射器402b的激光驱 动电路402c的LD_L_PWM端，以控制左侧线激光发射器402b的电流，40b_pin26 是由PWM控制，PWM的占空比可以从0％增加到100％，随着占空比的增高， 左侧线激光发射器402b的电流也会增高，从而可以根据40b_pin26的占空比控 制左侧线激光发射器402b的电流大小。图4b中40b_pin25连接用于驱动右侧线 激光发射器402b的激光驱动电路402c的LD_R_PWM端，以控制右侧线激光发 射器402b的电流，同理，40b_pin25也是PWM控制，因此，可以根据40b_pin25 的占空比控制右侧线激光发射器402b的电流大小。在图4b中所示引脚名称、 引脚编号以及对应引脚编号之间的连接关系仅为示例性说明，不应构成对本申 请电路结构的限定。

在一可选实施例中，主控制器401具体用于：对摄像头模组402a进行曝光 控制，并获取摄像头模组402a每次曝光产生的同步信号；根据同步信号控制线 激光发射器402b交替工作，并对摄像头模组402a每次曝光采集到的环境图像 进行左右标记。

在本实施例中，同步信号是给需要同步处理信息的其它设备或组件提供的 时间参考信号，例如曝光同步(LED STROBE)信号为摄像头模组402a和线激光 发射器402b提供的时间参考，是触发线激光发射器402b对外发射线激光的触 发信号。同步信号可以是但不限于开关信号、连续脉冲信号等等。

在本申请上述各实施例中，并不限定位于摄像头模组402a两侧的线激光发 射器402b的工作方式。可选地，主控制器401根据同步信号控制线激光发射器 402b交替工作，并控制摄像头模组402a交替设置其镜头的工作模式，以与处于 工作状态中的线激光发射器402b适配。

进一步可选地，主控制器401在控制摄像头模组402a交替设置其镜头的工 作模式时，具体用于：在控制位于摄像头模组402a左侧的线激光发射器402b 工作时，控制摄像头模组402a的镜头工作在右半幅模式；在控制位于摄像头模 组402a右侧的线激光发射器402b工作时，控制摄像头模组402a的镜头工作在 左半幅模式。

进一步可选地，主控制器401可以控制摄像头模组402a曝光，并在摄像头 模组402a每次曝光时，控制其中一侧的线激光发射器402b工作，达到两侧的 线激光发射器402b交替工作的目的。具体地，主控制器401可以通过激光驱动 电路402c向线激光发射器402b发送通断控制信号和PWM信号，以驱动线激光 发射器402b工作。

当然，除了控制位于摄像头模组402a两侧的线激光发射器402b交替工作 之外，也可以控制位于摄像头模组402a两侧的线激光发射器402b同时工作。 在位于摄像头模组402a两侧的线激光发射器402b同时工作的情况下，摄像头 模组402a的镜头工作在全幅模式。

在本申请实施例中，当线激光发射器402b交替工作时，摄像头模组402a 交替设置其镜头工作模式，并不限定主控制器401对摄像头模组402a采集到的 环境图像进行左右标记的实施方式。例如可以是摄像头模组402a的镜头工作在 左半幅模式时，右侧的线激光发射器402b发射激光，摄像头模组402a采集环 境图像，主控制器401将采集到的环境图像标记为左半幅环境图像等等。

下面以主控制器401是MCU，IMU408是三轴陀螺仪和三轴加速度计为例， 对MCU与结构光模组402配合工作的原理进行说明。如图4c所示，通电后， MCU开始初始化IO接口，并通过I2C接口配置结构光模组402。初始化完成后， MCU通过I2C接口控制结构光模组402，实现对结构光模组402中的摄像头模 组402a和线激光发射器402b的控制。MCU通过I2C接口向摄像头模组402a 发送触发信号，摄像头模组402a收到触发信号开始曝光同时发送曝光同步 (LED STROBE)信号给MCU。MCU收到LED STROBE信号后，在LED STROBE 信号的上升沿，通过激光驱动电路402c驱动右侧线激光发射器402b发射激光， 在LED STROBE信号的下降沿，MCU关闭右侧线激光发射器402b。曝光完成 后，摄像头模组402a通过主控板上的DVP触发MCU采集图片数据由MCU进 行处理，这里的处理主要是根据IMU408(如三轴陀螺仪和三轴加速度计)测量 到的偏移量，对图片数据进行校准，以精确地将将图片数据从结构光模组402所在坐标系转换到自主移动设备所在坐标系下。同理，MCU通过I2C向摄像头 模组402a发送触发信号，摄像头模组402a收到触发信号开始曝光同时发送曝光 同步(LED STROBE)信号给MCU。MCU收到LED STROBE信号后，在LED STROBE信号的上升沿，通过激光驱动电路402c驱动左侧线激光发射器402b 发射激光，在LED STROBE信号的下降沿，MCU关闭右侧线激光发射器402b。 曝光完成后，摄像头模组402a通过主控板上的DVP触发MCU采集图片数据由MCU进行处理，这里的处理主要是根据IMU408(如三轴陀螺仪和三轴加速度 计)测量到的偏移量，对图片数据进行校准，以精确地将将图片数据从结构光 模组402所在坐标系转换到自主移动设备所在坐标系下。一直重复上述过程， 直至操作结束。

在本申请实施例中，并不限定结构光模组402在设备本体400的具***置。 例如可以是但不限于设备本体400的前侧、后侧、左侧、右侧、顶部、中部以 及底部等等。进一步，结构光模组402设置在设备本体400高度方向上的中部 位置、顶部位置或底部位置。

在一可选实施例中，自主移动设备向前移动执行作业任务，为了更好的探 测前方的环境信息，结构光模组402设置于设备本体400的前侧；前侧是自主 移动设备向前移动过程中设备本体400朝向的一侧。

在又一可选实施例中，为了保护结构光模组402不受外力的破坏，设备本 体400的前侧还安装有撞板，撞板位于结构光模组402外侧。其中，设备本体 与撞板的分解示意图可参见图3c所示。结构光模组可以安装在撞板上；也可以 不安装在撞板上，对此不做限定。撞板上对应结构光模组402的区域开设有窗 口，以露出结构光模组402中的摄像头模组402a和线激光发射器402b。进一步 可选地，撞板上对应摄像头模组402a和线激光发射器402b的位置分别开设有 窗口。

在又一可选实施例中，结构光模组402安装在撞板的内侧壁上。

在又一可选实施例中，结构光模组402的中心到自主移动设备所在工作面 的距离范围为30-60mm。为了减小自主移动设备的空间盲区，使视场角足够大， 进一步可选地，结构光模组402的中心到自主移动设备所在工作面的距离为 47mm。

进一步，除了上述提到的各种组件，本实施例的自主移动设备还可以包括 一些基本组件，例如一个或多个存储器、通信组件、电源组件、驱动组件等等。

其中，一个或多个存储器主要用于存储计算机程序，该计算机程序可被主 控制器执行，致使主控制器控制自主移动设备执行相应任务。除了存储计算机 程序之外，一个或多个存储器还可被配置为存储其它各种数据以支持在自主移 动设备上的操作。这些数据的示例包括用于在自主移动设备上操作的任何应用 程序或方法的指令，自主移动设备所在环境/场景的地图数据，工作模式，工作 参数等等。

通信组件被配置为便于通信组件所在设备和其他设备之间有线或无线方式 的通信。通信组件所在设备可以接入基于通信标准的无线网络，如Wifi，2G或 3G、4G、5G或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件经由广播信道接 收来自外部广播管理***的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中， 通信组件还可以包括近场通信(NFC)模块，射频识别(RFID)技术，红外数 据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术等。

可选地，驱动组件可以包括驱动轮、驱动电机、万向轮等。可选地，本实 施例的自主移动设备可实现为扫地机器人，则在实现为扫地机器人的情况下， 自主移动设备还可以包括清扫组件，清扫组件可以包括清扫电机、清扫刷、起 尘刷、吸尘风机等。不同自主移动设备所包含的这些基本组件以及基本组件的 构成均会有所不同，本申请实施例仅是部分示例。

本申请实施例还提供一种数据校准方法，该方法适用于自主移动设备，自 主移动设备上安装有结构光模组，结构光模组包括：摄像头模组和分布于摄像 头模组两侧的线激光发射器；结构光模组上还安装有惯性测量单元IMU。如图 5所示，该方法包括：

51、利用IMU采集结构光模组相对于自主移动设备发生的偏移量；

52、根据偏移量对摄像头模组采集到的环境图像进行校准，环境图像是由 线激光发射器发出的线激光探测到的环境图像。

本申请实施例提供的方法适用于任何包含结构光模组的自主移动设备，其 中，结构光模组中包含摄像头模组、分布于摄像头模组两侧的线激光发射器。 IMU可以隶属于结构光模组；也可以隶属于自主移动设备，对此不做限定。结 构光模组中，可以包含一个主控单元，也可以不包含任何主控或控制单元。关 于结构光模组的详细介绍请参见前述实施例的描述，在此不再赘述。

在一些应用场景中，结构光模组采集到的环境图像需要从结构光模组所在 的坐标系(简称为传感器坐标系)变换到自主移动设备所在的设备坐标系中。 在实际应用中，结构光模组会随着自主移动设备的运动而运动，在运动过程中， 结构光模组可能因为某些原因发生抖动，导致传感器坐标系相对设备坐标系产 生偏移。以机器人为例，结构光模组安装在机器人前侧的撞板上，撞板是活动 部件，抖动量较大，在机器人运动过程中，撞板的抖动会导致结构光模组发生 抖动，进而导致结构光模组所在传感器坐标系相对于机器人所在设备坐标系(或 称为机器人坐标系)产生偏移。这种偏移会导致结构光模组采集到的高精度数 据在变换到设备坐标系过程中产生偏差，导致结构光模组的测量数据使用效果 不理想，不利于充分发挥结构光模组的高精度优势。

基于上述考虑，在步骤51中，可以利用IMU采集结构光模组相对于自主 移动设备发生的偏移量。IMU是测量物体三轴姿态角和/或加速度的装置。一般 地，IMU可以包括但不限于陀螺仪、加速度计以及磁力计等中至少一种。其中， 陀螺仪是一种用来测量角速度的传感器；加速度计是一种用来测量运载体线加 速度的仪表；磁力计是一种测试磁场强度和方向，定位设备的方位的传感器。 在本申请实施例中，并不限定IMU的具体实现形态。凡是可以测量结构光模组 相对自主移动设备发生的偏移量的IMU均适用于本申请实施例。例如，可以是 但不限于三轴IMU、六轴IMU、九轴IMU等等。可选地，在IMU为三轴IMU 的情况下，IMU可以采用三轴陀螺仪、三轴加速度计或者三轴磁力计。在IMU 为六轴IMU的情况下，IMU可以采用三轴陀螺仪和三轴加速度计，但不限于此。 例如，在IMU为六轴IMU的情况下，IMU可以采用三轴陀螺仪和三轴磁力计， 也可以采用三轴加速度计和三轴磁力计，等等。

在本申请实施例中，也不限定偏移量的种类，根据应用需求的不同，IMU 的类型会有所不同，偏移量也会有所不同。例如，当IMU为三轴陀螺仪时，这 里的偏移量主要指结构光模组相对于自主移动设备发生的旋转偏移量；当IMU 为三轴加速度计时，这里的偏移量主要指结构光模组相对于自主移动设备发生 的位移偏移量；当IMU为三轴磁力计时，这里的偏移量主要指结构光模组相对 于自主移动设备发生的方位偏移量等等。

在本申请实施例中，也不限定通过IMU获取偏移量的实施方式。凡是通过 IMU得到结构光模组相对于自主移动设备发生的偏移量的实施方式均适用于本 申请实施例。当然，在IMU采用不同类型的传感器实现时，不同传感器检测结 构光模组相对于自主移动设备发生的偏移量的实施方式也会有所不同。例如， 假设IMU采用三轴陀螺仪，则可以设定积分周期，对陀螺仪测量到的瞬时角速 度值在积分周期内进行积分得到角度偏移量，该角度偏移量表示结构光模组相 对于自主移动设备发生的旋转偏移量。又例如，IMU也可以采用三轴加速度计， 则可以设定积分周期，对加速度计测量到的瞬时加速度值在积分周期内进行积分得到距离偏移量，该距离偏移量表示结构光模组相对于自主移动设备发生的 平移偏移量，等等。其中，积分周期可以根据应用场景或者需求设定，例如对 陀螺仪测量的瞬时加速度值每3ms、5ms、7ms等时间长度进行一次积分，得到 角度偏移量。

针对步骤52，本申请实施例并不限定利用偏移量对环境图像进行校准的具 体实施方式，凡是可以利用偏移量校准环境图像的实施方式均适用于本申请实 施例。

在一可选实施例中，在对环境图像进行校准时，包括：利用偏移量对第一 变换矩阵进行校准，并利用校准后的第一变换矩阵将环境图像变换到设备坐标 系中，以达到校准环境图像的目的。

其中，第一变换矩阵是结构光模组所在的传感器坐标系到自主移动设备所 在的设备坐标系之间的变换矩阵。第一变换矩阵在一定程度上可由结构光模组 安装到自主移动设备上的结构参数决定，这里的结构参数包含但不限于：安装 高度、安装角度、水平向的安装位置等等。第一变换矩阵默认是固定值，但是 由于结构光模组安装在自主移动设备上，自主移动设备行进过程中会发生抖动， 这种抖动会引起结构光模组安装到自主移动设备上的结构参数的变化，结构参 数的变化意味着第一变换矩阵不应该是固定值，而应该是动态变化的。

在上述可选实施例中，将结构光模组相对自主移动设备发生的偏移量，体 现到第一变换矩阵中，通过对第一变换矩阵进行校准，使得第一变换矩阵能跟 随结构光模组相对自主移动设备产生的偏移动态变化，即能够跟随结构参数的 变化动态变化，进而基于动态变化的第一变换矩阵可准确地将结构光模组采集 到的环境图像转换到自主移动设备所在的设备坐标系中，一定程度上解决因抖 动引起的环境图像从传感器坐标系到设备坐标系转换过程中产生误差导致环境 图像使用不准确的问题。

在本申请实施例中，并不限定对第一变换矩阵进行修正校准的具体实施方 式。凡是可以对第一变换矩阵进行修正校准实施方式均适用于本申请实施例。 在一可选实施例中，可选地，对第一变换矩阵进行修正校准时，包括：计算偏 移量与第二变换矩阵的乘积，以得到模组坐标系传感器坐标系下的偏移量矩阵； 计算偏移量矩阵与第一变换矩阵的乘积，以得到修正校准后的第一变换矩阵； 其中，第二变换矩阵是IMU所在的IMU坐标系到模组坐标系传感器坐标系之间 的变换矩阵，第二变换矩阵由IMU安装到结构光模组的结构参数决定，这里的 结构参数包含但不限于：安装高度、安装角度、水平向的安装位置等等。其中， IMU相对结构光模组固定安装，理论上认为IMU相对结构光模组不会产生偏移， 意味着第二变换矩阵是准确地。因此，可利用第二变换矩阵将IMU测量到的偏 移量直接变换到结构光模组所在的传感器坐标系中，得到传感器坐标系下的偏 移量矩阵。该偏移量矩阵可用于校准第一变换矩阵。

在本申请实施例中，并不限定传感器坐标系、设备坐标系以及IMU坐标系 的建立方式。具体内容请参见前述实施例，在此不再赘述。

空间中的一个位置点在不同坐标系中的坐标值是不同的，在将源坐标系中 一个位置点的坐标转换到目标坐标系时，需要用该位置点在源坐标系中的坐标 左乘变换矩阵得到该位置点在目标坐标系中的坐标，其中变换矩阵体现了源坐 标系与目标坐标系之间的位置关系。在本申请实施例中，第一变换矩阵和第二 变换矩阵均为变换矩阵，并不限定变换矩阵的实现形态。可选地，第一变换矩 阵和第二变换矩阵可以由旋转矩阵和平移矩阵拼接组成。由源坐标系到目标坐 标系需要经历一系列的旋转与平移操作。坐标轴的旋转过程中，角度的变化由 旋转矩阵R表示，坐标轴移动过程中，距离的变化由平移矩阵t表示。旋转矩 阵是m×m阶方阵，平移矩阵t是m×1阶矩阵，旋转矩阵R和平移矩阵t拼接后 得到的变换矩阵T是(m+1)×(m+1)阶方阵，其中变换矩阵T最后一行的最 后一个元素用1补充，最后一行其余元素用0补充。其中，m是正整数。这里 对第一变换矩阵和第二变换矩阵的矩阵结构的说明仅为示例性，但并不限于此。 例如，对于三维空间，m可以取3，第一变换矩阵和第二变换矩阵是4*4矩阵。

对第一变换矩阵进行校准时，具体地，根据IMU的不同，偏移量体现的物 理意义也有所不同。当IMU为三轴陀螺仪时，测量到的偏移量△T1体现了旋转 矩阵的变化量△R1，此时，平移矩阵的变化量△t1中的值为1；当IMU为三轴 加速度计时，测量到的偏移量△T2体现了平移矩阵的变化量△t2，此时旋转矩 阵的变化量△R2中的值为1；当IMU为三轴陀螺仪和三轴加速度计时，三轴陀 螺仪测量到的偏移量△T31体现了旋转矩阵的变化量△R3，三轴加速度计测量 到的偏移量△T32体现了平移矩阵的变化量△t3。当IMU为三轴陀螺仪、三轴 加速度计和三轴磁力计时，三轴磁力计测量到的方向偏移量△T41可以转化为角 度偏移量，与三轴陀螺仪测量到的偏移量△T42共同来体现旋转矩阵的变化量△ R4，三轴加速度计测量到的偏移量△T42体现了平移矩阵的变化量△t4；当然三 轴磁力计测量到的方向偏移量△T41可以转化为距离偏移量，与三轴加速度计测 量到的偏移量△T42共同体现平移矩阵的变化量△t4。不管使用哪种IMU，最终 的偏移量均由旋转矩阵和平移矩阵拼接得到，偏移量均反映了变换矩阵的变化， 利用第二变换矩阵与偏移量的乘积得到传感器坐标系下的偏移量矩阵，利用偏 移量矩阵与第一变换矩阵的乘积，得到校准后的第一变换矩阵。

对环境图像进行修正校准时，将模组坐标系传感器坐标系下的环境图像的 坐标点与校准后的第一变换矩阵相乘即可得到自主移动设备所在设备坐标系下 的环境图像的坐标。进一步，将准后的环境图像乘以第三变换矩阵，可将该环 境图像变换到世界坐标系中。其中，第三变换矩阵是自主移动设备所在设备坐 标系到世界坐标系之间的变换矩阵。基于校准后的环境图像，可对自主移动设 备进行各种功能控制，借助于结构光模组具有较高精度的优势，进一步结合对 结构光模组相对自主移动设备的偏移量的校准，可保证环境图像的准确性和精 度，有利于对自主移动设备进行精准地控制。

需要说明的是，上述实施例所提供方法的各步骤的执行主体均可以是同一 设备，或者，该方法也由不同设备作为执行主体。比如，步骤51至步骤52的 执行主体可以为设备A；又比如，步骤51的执行主体可以为设备A，步骤52 的执行主体可以为设备B；等等。

另外，在上述实施例及附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序 出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的 顺序来执行或并行执行，操作的序号如51、52等，仅仅是用于区分开各个不同 的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更 少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中 的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后 顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。

相应地，本申请实施例还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介 质，计算机程序被执行时能够实现上述方法实施例中可由自主移动设备执行的 各步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计 算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结 合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包 含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、 CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品 的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/ 或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或 方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式 处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机 或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流 程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备 以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的 指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流 程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使 得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处 理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个 流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出 接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器 (RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。 内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任 何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序 的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存 (PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他 类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储 器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、 数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他 磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。 按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他 性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那 些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方 法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一 个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中 还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技 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理之内所 作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种结构光模组，其特征在于，包括：摄像头模组、分布于所述摄像头模组两侧的线激光发射器，以及控制所述摄像头模组和所述线激光发射器工作的主控单元；

所述线激光发射器在所述主控单元的控制下向外发射线激光；所述摄像头模组用于在所述主控单元的控制下采集由所述线激光探测到的环境图像；

所述结构光模组还包括：惯性测量单元IMU，可在所述结构光模组应用在自主移动设备上时，测量所述结构光模组相对于所述自主移动设备发生的偏移量；所述主控单元还用于：根据所述偏移量对所述环境图像进行校准。

2.根据权利要求1所述的模组，其特征在于，所述IMU为三轴IMU，或者为六轴IMU。

3.根据权利要求2所述的模组，其特征在于，在所述IMU为三轴IMU的情况下，所述IMU采用三轴陀螺仪，或者三轴加速度计；

在所述IMU为六轴IMU的情况下，所述IMU采用三轴陀螺仪和三轴加速度计。

4.根据权利要求1-3任一项所述的模组，其特征在于，所述主控单元在对所述环境图像进行校准时，具体用于：

利用所述偏移量对第一变换矩阵进行校准，并利用校准后的第一变换矩阵将所述环境图像变换到所述设备坐标系中，以校准所述环境图像；

其中，所述第一变换矩阵是所述结构光模组所在的传感器坐标系到所述自主移动设备所在的设备坐标系之间的变换矩阵。

5.根据权利要求4所述的模组，其特征在于，所述主控单元对第一变换矩阵进行校准时，具体用于：

计算所述偏移量与第二变换矩阵的乘积，以得到所述传感器坐标系下的偏移量矩阵；计算所述偏移量矩阵与所述第一变换矩阵的乘积，以得到校准后的第一变换矩阵；

其中，所述第二变换矩阵是所述IMU所在的IMU坐标系到所述传感器坐标系之间的变换矩阵。

6.一种自主移动设备，其特征在于，包括：设备本体，所述设备本体上设置有主控制器和结构光模组；所述结构光模组包括：摄像头模组、分布于所述摄像头模组两侧的线激光发射器、以及控制所述摄像头模组和所述线激光发射器工作的主控单元；所述结构光模组上还安装有惯性测量单元IMU；

所述线激光发射器在所述主控单元的控制下向外发射线激光；所述摄像头模组用于在所述主控单元的控制下采集由所述线激光探测到的环境图像；

所述IMU用于测量所述结构光模组相对于所述自主移动设备发生的偏移量；所述主控单元还用于：根据所述偏移量对所述环境图像进行校准，并将校准后的环境图像提供给所述主控制器；所述主控制器，用于利用校准后的环境图像对所述自主移动设备进行功能控制。

7.一种自主移动设备，其特征在于，包括：设备本体，所述设备本体上设置有主控制器、惯性测量单元IMU和结构光模组；所述结构光模组包括：摄像头模组和分布于所述摄像头模组两侧的线激光发射器；所述IMU安装在所述结构光模组上；

所述线激光发射器在所述主控制器的控制下向外发射线激光；所述摄像头模组用于在所述主控制器的控制下采集由所述线激光探测到的环境图像；

所述IMU用于测量所述结构光模组相对于所述自主移动设备发生的偏移量；所述主控制器还用于：根据所述偏移量对所述环境图像进行校准，并利用校准后的环境图像对所述自主移动设备进行功能控制。

8.一种数据校准方法，适用于自主移动设备，其特征在于，所述自主移动设备上安装有结构光模组，所述结构光模组包括：摄像头模组和分布于所述摄像头模组两侧的线激光发射器；所述结构光模组上还安装有惯性测量单元IMU；所述方法包括：

利用所述IMU采集所述结构光模组相对于所述自主移动设备发生的偏移量；

根据所述偏移量对所述摄像头模组采集到的环境图像进行校准，所述环境图像是由所述线激光发射器发出的线激光探测到的环境图像。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述偏移量对所述摄像头模组采集到的环境图像进行校准，包括：

利用所述偏移量对第一变换矩阵进行校准，并利用校准后的第一变换矩阵将所述环境图像变换到所述设备坐标系中，以校准所述环境图像；

其中，所述第一变换矩阵是所述结构光模组所在的传感器坐标系到所述自主移动设备所在的设备坐标系之间的变换矩阵。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，利用所述偏移量对第一变换矩阵进行校准，包括：

计算所述偏移量与第二变换矩阵的乘积，以得到所述传感器坐标系下的偏移量矩阵；计算所述偏移量矩阵与所述第一变换矩阵的乘积，以得到校准后的第一变换矩阵；

其中，所述第二变换矩阵是所述IMU所在的IMU坐标系到所述传感器坐标系之间的变换矩阵。

11.根据权利要求8-10任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

利用校准后的环境图像对所述自主移动设备进行功能控制。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，利用校准后的环境图像对所述自主移动设备进行功能控制，包括：

根据第三变换矩阵，将所述校准后的环境图像转换到世界坐标系下；利用所述世界坐标系下的环境图像对所述自主移动设备进行功能控制。

13.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，致使所述一个或多个处理器实现权利要求8-12任一项所述方法中的步骤。

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