(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210394072.3 (22)申请日 2022.04.15 (71)申请人 西南科技大 学 地址 621010 四川省绵阳市涪城区青龙 大 道中段59号 (72)发明人 徐锋　张文凯　杨瑞琳　明吉花　 黄军杰　郭中远　陈妍洁　龚泿军　 (51)Int.Cl. G06T 7/55(2017.01) G06T 7/80(2017.01) G06V 10/80(2022.01) G06K 9/62(2022.01) (54)发明名称 一种核辐射场景空间与辐射信息三维融合 重建装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种核辐射场景空间与辐射 信息三维融合重建装置及方法， 由移动机器人、 γ相机、 深度相机、 嵌入式处理平台、 中继器、 控 制器、 显示终端构成。 首先控制器通过中继器控 制机器人移动， 深度相机与γ相机采集当前环境 下的深度、 RGB纹理、 辐射信息和相机运动的加速 度与角速度信息； 然后将采集的信息输至嵌入式 处理平台， 经空间信息三维重建模块和空间信息 与辐射信息融合模块处理， 形成核辐射场景三维 信息点云； 最后传输到显示终端进行三维信息可 视化。 本发 明解决了核辐射场景空间与辐射信息 定位不准确的问题， 能实现辐射信息与空间位置 的直接转化， 通过三维可视化直观了解核辐射场 景信息， 以便 于后期处置 工作。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 114693762 A 2022.07.01 CN 114693762 A 1.一种核辐射场景空间与辐射信息三维融合重建装置， 由移动机器人 （1） 、 γ相机 （2） 、 深度相机 （3） 、 嵌入 式处理平台 （4） 、 中继器 （5） 、 控制器 （6） 、 显示终端 （7） 构成。 γ相机 （2） 、 深度相机 （3） 、 嵌入式平台 （4） 和移动机器人 （1） 物理连接； 移动机器人 （1） 、 γ相机 （2） 、 深度 相机 （3） 、 中继器 （5） 和嵌入式平台 （4） 电连接， 控制器 （6） 、 显示终端 （7） 与中继器 （5） 电连接 或无线通信连接 。 2.根据权利要求1所述的一种核辐射场景空间与辐射信息三维融合重建装置， 其特征 在于， 所述的显示终端 （7） 为显示屏或VR眼镜 。 3.根据权利要求1所述的一种核辐射场景空间与辐射信息三维融合重建装置， 其特征 在于， 所述的深度相机 （3） 包含深度信息采集装置、 RGB纹理信息采集装置和加速度与角速 度采集装置； 也可以分别采用三种信息采集装置进行组合。 4.根据权利要求1所述的一种核辐射场景空间与辐射信息三维融合重建装置， 其特征 在于， 所述的γ相机 （2） 与深度相机 （3） 在移动机器人 （1） 上的位置不固定， 可根据 移动机器 人的行进、 爬坡、 视野等 性能进行调整。 5.一种采用如权利要求1 ‑3所述装置进行核辐射场景空间与辐射信 息三维融合重建方 法， 其特征在于， 所述方法的步骤为： 步骤S1: 对γ相机和 深度相机分别进行相机标定， 然后进行γ相机和深度相机联合标 定； 步骤S2:控制器通过中继器控制移动机器人移动， 深度相机采集深度信息、 RGB纹理信 息和加速度与角速度信息， γ相机采集RGB纹 理信息与辐射信息； 步骤S3:通过对深度相机采集的深度信息、 RGB纹理信息和加速度与角速度信息和 深度 相机的标定信息进行处 理获得核辐射场景三维空间信息； 步骤S4:通过对三维空间信息、 辐射信息和联合标定信息进行处理获得融合后的三维 空间与辐射 点云信息； 步骤S5:将融合后的三维空间与辐射 点云信息通过中继器传入显示终端实现可视化。 6.根据权利要求5所述的一种核辐射场景空间与辐射信息三维融合重建方法， 其特征 在于， 所述步骤S1中的深度相机与γ相机进行联合标定为确定γ相机中的RGB纹理信息采 集装置与深度相机中的RGB纹 理信息采集装置之间的外参。 7.根据权利要求5所述的一种核辐射场景空间与辐射信息三维融合重建方法， 其特征 在于， 所述 步骤S4中获得融合后的三维空间与辐射 点云信息的步骤为： 步骤S41:  计算t时刻深度相机在世界坐标系下的位姿， 包括旋转与平移关系以及深度 相机中每 个像素点在世界坐标系下的位置； 步骤S42: 计算t时刻γ相机在世界坐标系下的位姿； 步骤S43: 计算t时刻γ相机采集的RGB纹 理信息像素在世界坐标系下的位置； 步骤S44:  根据投影关系计算t时刻γ相机采集的RGB纹理信息像素在γ相机像素坐标 系下对应的像素位置； 步骤S45: 最后将在γ相机像素坐标系下获取的辐射信息渲染到空间三维坐标系下。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114693762 A 2一种核辐射场景空间与辐射信息三维融合重建装 置及方法 技术领域 [0001]本发明属于三维重建领域， 具体涉及一种基于移动机器人核辐射场景空间与辐射 信息三维融合重建装置及方法。 背景技术 [0002]随着核能发电、 军用核动力装置、 辐照产业等方面的推广应用以及核设施退役、 核 废处理处置工作的广泛开展， 发生核泄漏、 核素扩散、 强放射源丢失等核安全事故的风险增 加， 对生态环境、 人身安全造成破坏的潜在风险增大。 受核环境 强电离辐射、 毒性、 污染等方 面的限制， 工作人员却无法直接进入工作现场进行侦察、 救援和处置等工作。 因此， 以核辐 射机器人系统为代表的高性能、 强适应、 高效率的遥操作型危险高技术装备， 通过携带多种 传感器进行环境感知以及事故处理操作， 代替工作人员开展相应工作具有极强的现实意 义。 [0003]对于核辐射场景的环境感知， 现有的方法大致分为两类： 其中一类基于非成像辐 射探测仪器结合GPS进行定位。 其步骤为首先通过了解放射源附近空间中的典型剂量分布 特征， 了解放射源辐 射剂量随测量点距离的变化趋势； 然后根据探测系统移动路径上 的剂 量变化趋势确定放射源方位， 在广域监测到局 域精确定位的放射性物质探测过程中， 通过 剂量分析得到放射源大致方位。 另一类为基于静态的辐射成像仪器如γ相机对热点区域进 行扫描成像。 然而这两类方法都存在缺点。 其中， 前者只能检测仪器 自身位置的辐射状况， 后者存在只能提供二 维分布的辐射信息的缺陷。 而现有的场景三 维空间信息也基本通过操 作人员遥操作实现移动机器人的运动控制， 通过多机器人协作多视觉传感器观测结合操作 人员对场景的理解来进行目标识别； 对于辐射源的定位也是基于操作人员结合多视角信息 与γ射线成像仪进行粗略的经验估计。 党晓军、 朱宁等人提出了利用γ相 机图像构建放射 源三维分布的物理模 型的方法。 根据γ相机针孔 成像原理， 建立了平行束模型， 并利用MLEM 迭代算法重 建了放射源的三 维位置与形状分布。 其利用少量γ相机图像构建放射源的位置 和三维剂量分布模型， 但结果并没有与核辐射环 境融合， 对放射性分布的描述。 本发明利用 移动机器人对于环境空间以及辐射信息进 行三维重 建， 获取核辐射场景的直观的三 维信息 以及放射性区域的位置以及剂量信息， 可帮助工作人员进行正确的决策， 同时为机器人更 高水平智能作业 提供基础。 发明内容 [0004]本发明需要解决的技术问题是： 克服现有技术的不足， 提供一种核辐射场景空间 与辐射信息三维融合重 建装置及方法， 该装置及方法可以对核辐射场景进 行感知并且形成 直观的三维空间信息以及放 射性区域的位置以及剂量信息， 利于后期的处置 工作。 [0005]为达成所述目的， 本发明提供一种核辐射场景空间与辐射信息三维融合重建装 置， 其特征在于由移动机器人、 γ相机、 深度相机、 嵌入式处理平台、 中继器、 控制器、 显示 终 端构成。 γ相机、 深度相机、 嵌入式平台和移动机器人物理连接； 移动机器人、 γ相机、 深度说　明　书 1/4 页 3 CN 114693762 A 3