[發(fā)明專利]一種基于RGB-D信息的室內占據(jù)柵格地圖的制備方法

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• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111598916A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設計）人: 閆大禹;修春娣;張井合
• 申請（專利權）人: 金華航大北斗應用技術有限公司
• 主分類號: G06T7/136
• 分類號: G06T7/136;G06T7/155;G06T7/55;G06T7/80;G06T3/40;G06T5/00;G06T5/30;G06N7/00;G01C21/20
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 胡智勇

本發(fā)明提供一種基于RGB?D信息的室內占據(jù)柵格地圖的制備方法，涉及機器人室內導航技術領域。該基于RGB?D信息的室內占據(jù)柵格地圖的制備方法，包括加載全局三維點云地圖、地面和非地面點云分割、地面和非地面點云處理以及生成二維占據(jù)柵格地圖等。本發(fā)明，制備的室內地圖精度逼近激光雷達式生成方法，且擁有比激光雷達更低的成本，具備較高的實用價值；生成的不同高度層級的二維占據(jù)柵格地圖可以應對不同工作高度的機器人導航需求。

技術領域

本發(fā)明涉及機器人室內導航技術領域，具體為一種基于RGB-D信息的室內占據(jù)柵格地圖的制備方法。

背景技術

機器人地圖有多種分類方式，包括尺度地圖、拓撲地圖和語義地圖等。其中尺度地圖中的占據(jù)柵格地圖應用最為廣泛，可實現(xiàn)室內導航和避障等關鍵任務需求。通過將室內環(huán)境均分成一定數(shù)量和大小的柵格，以柵格內是否包含室內結構信息或障礙物為基準，衡量該柵格是否被占據(jù)，由此可將室內地圖劃分為可通行區(qū)域與不可通行區(qū)域。

傳統(tǒng)的室內占據(jù)柵格地圖生成方法使用多線激光雷達，對室內環(huán)境進行掃描可獲得豐富的點云數(shù)據(jù)，點云即是最直接的表征占據(jù)柵格狀態(tài)的室內結構信息存儲形式，此方法精度高且操作簡單，但由于激光雷達高額的造價成本，限制了消費級市場的需求。因此本發(fā)明參考視覺SLAM技術方案，采用RGB-D相機作為數(shù)據(jù)采集終端，通過多種點云處理算法完成室內柵格占據(jù)地圖的制備。

發(fā)明內容

(一)解決的技術問題

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種基于RGB-D信息的室內占據(jù)柵格地圖的制備方法，解決了現(xiàn)有技術中存在的缺陷與不足。

(二)技術方案

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術方案予以實現(xiàn)：一種基于RGB-D信息的室內占據(jù)柵格地圖的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

S1、使用Kinect相機同時采集室內場景的彩色圖和深度圖序列，對單對彩色圖和深度圖，結合相機姿態(tài)、相機模型參數(shù)和深度相機采集的深度信息計算得出點云的空間位置信息，即可生成局部的單幀點云；

S2、采用體素化濾波器來精簡點云，通過把點云空間劃分成一定數(shù)量和大小的空間柵格，用一個重心點代替柵格內的所有其他點來達到點云精簡；

S3、采用漸進式形態(tài)學濾波進行點云分割，基于膨脹算子和腐蝕算子，對每個包含有一定柵格的窗口進行先腐蝕，后膨脹的開運算，可以提取窗口內的點云最低點，用作地面和非地面點云判別，然后不斷增加濾波器窗口的尺寸和地面點云的判別閾值，最終能提取出全部的地面點云，實現(xiàn)分割；

S4、采用移動最小二乘法對分離出的地面點云進行2階多項式擬合，KD-Tree作為近鄰搜索方法，設定足夠大的擬合半徑，進行插值和重采樣，以達到規(guī)整地面點云、降低曲率分布的效果，然后通過求解近鄰點集的協(xié)方差矩陣的特征向量和特征值來進行法線估計；

S5、三維的非地面點云表征了室內環(huán)境信息，在高度方向截取多個高度層級的非地面點云，結合法線方程分別投影至二維平面，掃描并查詢每個柵格內是否存在點云，分別賦值1和0表示該處是否被障礙物占據(jù)，在之后的觀測狀態(tài)更新后也進行柵格占據(jù)地圖的更新，用概率形式表達被占據(jù)的可能性，以一個介于0和1之間的動態(tài)浮點數(shù)來表示，建立動態(tài)的占據(jù)柵格地圖模型。

優(yōu)選的，所述步驟1中借由成熟的SLAM技術，用于在構建兩幀點云的同時精確計算點云的坐標變換矩陣，將新生成的單幀點云對齊到同一世界坐標系下，完成全局三維點云地圖的拼接生成。

優(yōu)選的，所述步驟2中采用點云處理算法中的直通濾波器來去除室外的不規(guī)則點云；采用半徑搜索濾波器在點云中搜索并計算其近鄰點的數(shù)目，若少于閾值則判斷為離群噪聲點并去除，由此完成點云地圖的精簡和去噪等預處理。

(三)有益效果