[發(fā)明專利]一種用于激光測距機的掃描數(shù)據(jù)匹配方法及裝置

有效

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• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN103197323A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設計）人: 戴瓊海;閆偉;李一鵬
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01S17/50
• 分類號: G01S17/50;G01S7/48
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發(fā)明涉及機器人自主導航領域，具體為環(huán)境信息的處理與自身運動的估計，特別涉及一種用于激光測距機的掃描數(shù)據(jù)匹配方法及裝置。

背景技術

無論是軍事國防領域還是抗災救災等民用領域都對機器人的自主導航性能有廣泛而迫切的需求。機器人利用自身傳感器在室內(nèi)環(huán)境下進行地圖重構并估計自身位姿，是機器人自主導航的重要基礎。其中，激光測距機具有測量準確，測量角度大等諸多優(yōu)點，是機器人配備的重要傳感器之一。激光測距機被廣泛用來進行環(huán)境信息感知和自身位置估計，利用相鄰的兩次掃描估計自身位姿變化時其中重要基礎的算法。現(xiàn)有的ICP（最近點迭代）算法進行點與點的迭代特征匹配，算法效率較低，且受到噪聲點的影響較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種匹配效率高、精確度好的用于激光測距機的掃描數(shù)據(jù)匹配方法。本發(fā)明的另一個目的在于提出一種匹配效率高、精確度好的用于激光測距機的掃描數(shù)據(jù)匹配裝置。

根據(jù)本發(fā)明實施例的用于激光測距機的掃描數(shù)據(jù)匹配方法，包括：S1.采用激光測距機進行掃描，將得到的掃描點形成多條輪廓線；S2.提取多條所述輪廓線的特征，形成輪廓特征向量集合；S3.對相鄰兩次掃描數(shù)據(jù)處理后的所述輪廓特征向量集合進行匹配，得到相鄰時刻的輪廓特征匹配結(jié)果，用于后續(xù)運動估計計算。

在本發(fā)明一個實施例中，所述步驟S1進一步包括：S11.采用激光測距機進行掃描，得到掃描點集合；S12.根據(jù)掃描點之間的歐氏距離進行聚類，同時將孤立的掃描點視為噪聲點刪除，建立掃描點之間的連接關系，將離散的掃描點連接成輪廓線；S13.將各條輪廓線標記出X個轉(zhuǎn)折點，劃分成X+1段的折線段,其中X等于掃描點數(shù)目最少的輪廓線所包括掃描點數(shù)目減2。

在本發(fā)明一個實施例中，所述輪廓特征向量記為（N,D,θ₁,θ₂,……θ_X）,其中，N表示所述輪廓線包括的掃描點數(shù)目，D表示所述輪廓線的長度值，θ₁至θ_X表示所述輪廓線中相鄰折線段的夾角余弦值。

在本發(fā)明一個實施例中，所述步驟S3進一步包括：S31.提供時刻k的輪廓特征向量集｛d_k,1,d_k,2,……d_k,m｝和時刻k+1的輪廓特征向量集｛d_k+1,1,d_k+1,2,……d_k+1,n｝；S32.選取時刻k中未匹配過的輪廓特征向量d_k,I，其中1≤I≤m，對于時刻k+1中的各個輪廓特征向量d_k+1,i，其中1≤i≤n，計算|d_k-d_k+1,i|，選取使|d_k,I-d_k+1,i|取值最小的d_k+1,i，作為時刻k的d_k在時刻k+1中的輪廓特征向量的最優(yōu)匹配；S33.重復步驟S32，直至時刻k中沒有未匹配過的輪廓特征向量，則循環(huán)結(jié)束。

在本發(fā)明一個實施例中，所述激光測距機為二維激光測距機。

根據(jù)本發(fā)明實施例的用于激光測距機的掃描數(shù)據(jù)匹配裝置，包括：激光測距機，用于進行掃描，獲得掃描點集合；輪廓線擬合模塊，用于根據(jù)掃描點集合，形成多條輪廓線；輪廓特征向量提取模塊，用于提取多條所述輪廓線的特征，形成輪廓特征向量集合；匹配模塊，用于對相鄰兩次掃描數(shù)據(jù)處理后的所述輪廓特征向量集合進行匹配，得到相鄰時刻的輪廓特征匹配結(jié)果，用于后續(xù)運動估計計算。

在本發(fā)明一個實施例中，所述輪廓線擬合模塊進一步包括：聚類連接子模塊，用于根據(jù)掃描點之間的歐氏距離進行聚類，同時將孤立的掃描點視為噪聲點刪除，建立掃描點之間的連接關系，將離散的掃描點連接成輪廓線；折線段劃分子模塊，用于將各條輪廓線標記出X個轉(zhuǎn)折點，劃分成X+1段的折線段,其中X等于掃描點數(shù)目最少的輪廓線所包括掃描點數(shù)目減2。

在本發(fā)明一個實施例中，所述輪廓特征向量記為（N,D,θ₁,θ₂,……θ_X）,其中，N表示所述輪廓線包括的掃描點數(shù)目，D表示所述輪廓線的長度值，θ₁至θ_X表示所述輪廓線中相鄰折線段的夾角余弦值。