[發明專利]一種基于類灰度圖像的八叉樹地圖空洞補全方法

在審

• 申請號: 202110779087.7
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113487485A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 李小倩;李月華;朱世強;謝天;何偉;張健
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G06T3/00;G06T5/00;G06T7/13
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 賈玉霞

本發明公開一種基于類灰度圖像的八叉樹地圖空洞補全方法，先讀取八叉樹地圖，然后提取八叉樹地圖中每個柵格的中心點三維坐標，并將每個柵格的中心點投影到世界坐標系下的俯視平面，利用雙線性插值法補全孤立的地圖空洞點的高度信息，再將所有坐標點轉換為二維灰度圖像；基于Canny算子和梯度算子優化的Criminisi算法，對二維灰度圖像像素異常區域進行修復，確定待補全塊狀空洞區域內所有柵格中心點的空間位置；最后，將地圖空洞點和待補全塊狀空洞區域所有柵格中心點的空間位置存儲到八叉樹地圖，以實現地圖補全。本發明的方法較好的適用于于地外星球的探測過程中，用于地外探測車進行環境理解和路徑規劃，從而提高探測車的探測效率。

技術領域

本發明涉及機器人環境感知技術領域，尤其涉及一種基于類灰度圖像的八叉樹地圖空洞補全方法。

背景技術

隨著計算機技術的迅速發展，機器人研究的深入以及人們對機器人需求的擴大，能自主導航與智能移動的機器人成為研究的熱點和重點。地圖作為機器人自主定位、避障、規劃路線的依據之一，其重要程度不言而喻。

地圖有很多種表達方式，比如特征點地圖、網格地圖、拓撲地圖等等。目前大部分機器人建圖系統中使用點云地圖，具有一些明顯的缺陷：地圖形式不緊湊，處理重疊的方式不夠好，且難以用于導航。八叉樹地圖常被用于碰撞檢測、路徑規劃、定位導航等應用任務中，與其它形式的地圖相比，八叉樹地圖更注重對三維空間環境的建模，且使用八叉樹(Octree)的數據結構存儲地圖，可以優雅地壓縮、更新地圖，并且分辨率可調。

由于地圖的真值很難獲取，很難對機器人所構建的地圖進行定性的評價，面向地圖的相關研究很少。移動機器人運動過程中由于視線遮擋和傳感器視角盲區等因素，在構建地圖的過程中會存在很多空洞，對機器人自主導航和對環境的理解造成很多的不便。

發明內容

本發明的目的是為了解決機器人建造八叉樹地圖過程中出現的空洞問題，提出一種類灰度圖像的八叉樹地圖空洞補全方法，從而為移動機器人提供信息完整的地圖。

本發明的目的通過如下的技術方案來實現：

一種基于類灰度圖像的八叉樹地圖空洞補全方法，包括如下步驟：

步驟一：讀取八叉樹地圖；

步驟二：提取所述八叉樹地圖中每個柵格的中心點三維坐標，組成坐標集，并將每個柵格的中心點投影到世界坐標系下的俯視平面，利用雙線性插值法補全孤立的地圖空洞點的高度信息，將補全后的地圖空洞點加入坐標集，并將更新后的坐標集轉換為二維灰度圖像；

步驟三：基于Canny算子和梯度算子優化的Criminisi算法，對所述二維灰度圖像像素異常區域進行修復，確定像素異常區域對應的待補全塊狀空洞區域內所有柵格中心點的空間位置；

步驟四：將所述地圖空洞點和待補全塊狀空洞區域所有柵格中心點的空間位置存儲到八叉樹地圖，以實現地圖補全。

進一步地，所述步驟二通過如下步驟來實現：

(2.1)提取所述八叉樹地圖中每個柵格的中心點三維坐標，組成坐標集，將所述中心點投影到世界坐標系下的俯視平面，即xoy平面，然后將其中孤立的地圖空洞點的高度設置為異常值，并提取所投影平面各坐標點的最大高度值；

(2.2)利用雙線性插值法補全所述xoy平面中孤立的地圖空洞點的高度信息，并將補全后的孤立空洞點加入坐標集，更新坐標集；

(2.3)將更新后坐標集中坐標點的x值和y值，依據地圖的邊界大小和八叉樹地圖分辨率的大小進行縮放和平移，即分別將x值和y值的最小值變換到像素坐標原點，并將以八叉樹地圖分辨率為間隔的坐標點變換成連續像素坐標點，坐標點對應的高度z值變換成相應像素點的像素值，從而將坐標集轉換為二維灰度圖像。

進一步地，所述步驟三通過如下步驟來實現：