[發(fā)明專利]一種基于歐式聚類的多平面提取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011078122.4
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112184736B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張雪波;劉皓月;宋銳;方勇純
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/136;G06T15/00;G06V10/762;G06F30/27;G01C15/00;G01C21/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉子文

1.一種基于歐式聚類的多平面提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)采用極坐標(biāo)柵格表示地圖；

通過二維極坐標(biāo)柵格將地圖按如下方式進(jìn)行劃分：以機(jī)器人所在位置為中心、前進(jìn)方向為起始邊界線，按逆時針方向?qū)⒌貓D均勻劃分為m個扇形塊，對于每一個扇形塊s_i，沿半徑方向等間距劃分為n個子塊；將機(jī)器人上三維激光掃描儀得到的三維點云數(shù)據(jù)投影到二維極坐標(biāo)柵格；

(2)遍歷地圖中的所有柵格，運用基于歐式聚類分割的混合高度圖方法對柵格屬性進(jìn)行初步判斷；具體如下：

當(dāng)某一柵格的高度差小于給定閾值T₁時，將該柵格中所有的點云都加入到準(zhǔn)地面點集合中；如果柵格的高度差大于給定閾值T₁，則判定對應(yīng)柵格為不確定柵格；

通過歐式聚類分割方法對不確定柵格中的點云進(jìn)行分組并計算每組中點云的高度平均值，并從各組點云中選取高度平均值最小的一組點云作為基準(zhǔn)組，其他組作為比較組；然后，將各個比較組中點云高度最小的值與基準(zhǔn)組中點云高度最大的值進(jìn)行比較；如果所有比較組和基準(zhǔn)組之間的高度差值均大于可通行間隙閾值T₂，則將基準(zhǔn)組中的點云加入到準(zhǔn)地面點集合中，而將其余所有的比較組中的點云加入到障礙物點集合中；

(3)通過隨機(jī)采樣一致性的多平面提取方法對基于歐式聚類分割的混合高度圖方法得到的準(zhǔn)地面點進(jìn)行再次濾波處理，具體如下：

(301)針對基于歐式聚類分割方法得到的準(zhǔn)地面點，獲取平面參數(shù)并建立平面模型如式(3)所示:

ax+by+cz+d＝0 (3)

平面的法向量為：以機(jī)器人車體坐標(biāo)系z軸方向的單位向量作為參考法向量；擬合平面的法向量與參考法向量之間的夾角θ小于最大坡度閾值θ_th；夾角θ的計算方式如式(4)所示：

(302)將基于歐式聚類分割方法得到的準(zhǔn)地面點作為隨機(jī)采樣一致性方法的輸入測量點序列進(jìn)行平面模型提取，得到擬合平面的法向量利用式(4)計算地平面法向量與參考平面法向量之間的夾角，若小于最大坡度閾值θ_th，則將擬合平面的內(nèi)點加入最終地面點集合中；

(303)而擬合平面的外點則繼續(xù)作為輸入測量點序列進(jìn)行平面模型提取，如果滿足約束條件則按(301)中步驟處理，否則將本次擬合平面的內(nèi)點加入障礙物點集中；

(304)剩余的外點則按照步驟(302)重復(fù)進(jìn)行操作，直到剩余的外點數(shù)量小于設(shè)定的閾值T_num。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于歐式聚類的多平面提取方法，其特征在于，步驟(1)中，假設(shè)當(dāng)前時刻t下三維激光掃描儀得到的無序的三維點云數(shù)據(jù)為P_t＝{p₁,…,p_m,…,p_N}，即共包含N個激光數(shù)據(jù)點；將上述三維點云數(shù)據(jù)投影到二維極坐標(biāo)柵格中，對每一個激光數(shù)據(jù)點p_m＝(x_m,y_m,z_m)^T，其映射方式如下：

其中，θ是三維數(shù)據(jù)點p_m在投影平面內(nèi)與X軸正方向之間的夾角，大小范圍為[0,2π]；Δth和Δr分別表示角度分辨率和半徑分辨率，二者共同決定柵格的大小；而floor是一個向下取整函數(shù)，用于計算投影柵格在地圖中的索引位置(s_i,b_j)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于歐式聚類的多平面提取方法，其特征在于，步驟(2)中，首先在低分辨率柵格下運用最大最小高度差法進(jìn)行判斷，如果滿足對應(yīng)柵格的高度差小于給定閾值T₁則直接將該柵格內(nèi)的點云加入到準(zhǔn)地面點集合中，否則轉(zhuǎn)入高分辨率的柵格下重新進(jìn)行判斷；如果直至最高分辨率層，柵格內(nèi)點云的最大最小高度差值仍然大于給定閾值T₁，則判定對應(yīng)柵格為不確定柵格。