[發明專利]面向封閉空間的拓撲分割方法及裝置

有效

• 申請號: 201810257071.8
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108416785B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 廉斌;王玉亮
• 申請（專利權）人: 北京進化者機器人科技有限公司
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06K9/62
• 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；采用密度投影和特征值法提取目標點云數據中符合墻面特征的點云數據；對符合墻面特征的點云數據進行三維到二維投影，對投影后的數據進行柵格化處理，以提取得到多條線段；通過迭代聚類方法對多條線段進行聚類處理，得到待處理封閉空間的輪廓；基于輪廓采用多方向掃描的點聚類方法對輪廓中的柵格進行聚類處理，得到待處理封閉空間的拓撲分割圖。該方法提高了拓撲分割的準確性，能夠對待處理封閉空間進行有效的分割，緩解了現有的拓撲分割方法誤分割率高，無法進行有效的分割，無法確定空間內任何一個位置所屬的拓撲空間的技術問題。

技術領域

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

背景技術

隨著機器人技術的不斷創新，家庭服務機器人作為機器人領域的一個重要分支得以蓬勃發展，各種家庭服務機器人層出不窮，種類繁多，功能也越來越強大，從掃地機器人到陪伴機器人、教育機器人等，人們對機器人的智能化要求也越來越高，從傳統的完成掃地等單一功能到如今的人機交互，自然語言理解，自主導航等等，人們逐漸趨向于將機器人視為家庭的一份子而存在，做為家庭的一份子，對具有自主導航功能的機器人，對環境的認知就顯得尤為重要。

機器人對環境的認知，主要包括空間幾何信息(度量地圖)，空間分割信息(拓撲地圖)，空間理解信息(語義地圖)。傳統的機器人，大多只是建立空間的幾何信息，并以此作為機器人室內導航的依據，隨著人們對機器人的期望越來越高以及語義理解的發展，自主導航方式也由原來給定機器人特定導航點然后進行路徑規劃以及導航，演變為更加自然的語義導航(如，對機器人說“去電視機旁”)。而要實現這樣的導航方式，機器人建立對環境的認知，清楚的知道“電視機在哪個房間”“我現在在哪個房間”等，可以有效的輔助機器人進行路徑規劃以及導航。

為了加強機器人對環境的認知，構建室內空間的拓撲結構，很多研究人員提出很多方法，首先，可以基于度量地圖，進行二次開發，采用柵格聚類的方法構建拓撲地圖，但是這種方法受限于度量地圖的精度以及存在過度分割的可能。其次，在建立地圖的過程當中，根據里程信息，在等間隔的距離上標記點，以此建立空間的拓撲關系，但是這種方法建立的拓撲地圖并沒有反映真實的空間拓撲信息。最后，隨著RGB-D攝像頭的應用逐漸趨于普遍，基于點云進行拓撲分割也是目前常用的方法，該方法根據點云的投影密度來確定墻體，進而確定空間的拓撲結構。但是該方法受限于空間點云的準確性，實際情況中往往無法進行有效的分割并確定空間內任何一個位置所屬的拓撲空間。

綜上，現有的拓撲分割方法誤分割率高，無法進行有效的分割，無法確定空間內任何一個位置所屬的拓撲空間。

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拓撲分割方法及裝置，以緩解現有的拓撲分割方法誤分割率高，無法進行有效的分割，無法確定空間內任何一個位置所屬的拓撲空間的技術問題。

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；

采用密度投影和特征值法提取所述目標點云數據中符合墻面特征的點云數據；

對所述符合墻面特征的點云數據進行三維到二維投影，對投影后的數據進行柵格化處理，以提取得到多條線段；

通過迭代聚類方法對所述多條線段進行聚類處理，得到所述待處理封閉空間的輪廓，其中，所述輪廓中包含有多個柵格；

基于所述輪廓采用多方向掃描的點聚類方法對所述輪廓中的柵格進行聚類處理，得到所述待處理封閉空間的拓撲分割圖。

第二方面，本發明實施例還提供了一種面向封閉空間的拓撲分割裝置，所述裝置包括：