[發明專利]面向封閉空間的點云拓撲分割方法及裝置

有效

• 申請號: 201810093524.8
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108154516B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 王玉亮;薛林
• 申請（專利權）人: 北京進化者機器人科技有限公司
• 主分類號: G06T7/12
• 分類號: G06T7/12;G06T7/181;G06T7/30
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 陳曉云

本發明提供了一種面向封閉空間的點云拓撲分割方法及裝置，該方法包括：獲取待處理封閉空間的目標點云數據；根據目標點云數據在預設柵格地圖中的投影結果生成待處理圖像；通過圖像梯度算法對待處理圖像進行處理，得到待處理封閉空間的邊緣輪廓和邊緣輪廓上的分叉點；通過路徑規則遍歷算法對邊緣輪廓和分叉點進行封閉路徑遍歷，得到多個子拓撲空間和多個子拓撲空間對應的門。本發明中的方法通過路徑規則遍歷算法提取待處理封閉空間的封閉路徑以進行拓撲分割和對門進行識別，計算方式簡單有效，魯棒性強，拓撲分割結果更加可靠，緩解了現有的方法通用性差，魯棒性不強且誤分割率高的技術問題。

技術領域

本發明涉及空間點云拓撲分割的技術領域，尤其是涉及一種面向封閉空間的點云拓撲分割方法及裝置。

背景技術

近年來，機器人技術作為高新科技，得到了不斷地發展，家庭服務機器人也已經越來越貼近并進入我們的生活。隨著對家庭服務機器人智能程度需求的愈來愈高，對以人工識別技術、人機交互技術、自主巡邏技術和智能控制技術等為代表的智能技術要求也愈來愈高。對于服務機器人，自主導航通常是必要的功能，而自主導航的應用前提是獲得當前環境的地圖表達。

目前移動機器人最為常用的地圖表達方式為柵格地圖和拓撲地圖。柵格地圖以精確和度量的方式描述環境，因其易于構建和維護、利于計算最短路徑的優勢被廣泛應用于家庭服務機器人中。但是，柵格地圖的分辨率必須足以捕捉到環境的重要細節，存儲量大、路徑規劃效率低、復雜度高；同時，這種散點式的度量型地圖抽象程度低，無法建立環境的語義，不利于人機交互和人性化導航(如，基于柵格地圖的導航任務無法識別人類指令“去臥室”)。而拓撲地圖緊湊、計算量小，僅需存儲拓撲節點及節點間的連通關系即可，但其存在著定位困難的問題；此外，現有的拓撲地圖大部分采用在線增量式構建的方法，即需要機器人在移動的過程中(接受運動指令或自主漫游)通過定義拓撲節點來構建，形式單一、呆板。

為了融合柵格地圖和拓撲地圖的優點，并讓地圖構建更加靈活，一些技術人員提出了在柵格地圖的基礎上通過空間點云分割進一步形成拓撲地圖的方法。目前采用的方法基本上是提供空間邊緣紋理特征或者利用聚類算法實現對空間點云的分割，但是提取空間邊緣紋理特征并不具有普適性，比如家具環境中會存在家具或者雜物的遮擋，導致不一定存在有效紋理特征；而聚類算法則有可能導致過分割或者欠分割。

綜上，現有的空間點云拓撲分割方法通用性差，魯棒性不強且誤分割率高。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種面向封閉空間的點云拓撲分割方法及裝置，以緩解現有的空間點云拓撲分割方法通用性差，魯棒性不強且誤分割率高的技術問題。

第一方面，本發明實施例提供了一種面向封閉空間的點云拓撲分割方法，所述方法包括：

獲取待處理封閉空間的目標點云數據，其中，所述目標點云數據為經過預處理之后的點云數據，所述預處理包括：篩選處理，下采樣處理，噪點去除處理；

根據所述目標點云數據在預設柵格地圖中的投影結果生成待處理圖像；

通過圖像梯度算法對所述待處理圖像進行處理，得到所述待處理封閉空間的邊緣輪廓和所述邊緣輪廓上的分叉點；

通過路徑規則遍歷算法對所述邊緣輪廓和所述分叉點進行封閉路徑遍歷，得到多個子拓撲空間和所述多個子拓撲空間對應的門。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，獲取待處理封閉空間的目標點云數據包括：

通過安裝在機器人上的RGB-D相機獲取所述待處理封閉空間中不同時刻時對應的里程計數據，深度圖和RGB圖；

通過時間對應關系將所述不同時刻時對應的里程計數據，所述深度圖和所述RGB圖進行配準，得到所述待處理封閉空間的原始點云數據；