一种基于薄板样条插值的障碍物特征提取方法技术

一种基于薄板样条插值的障碍物特征提取方法，本发明专利技术涉及障碍物特征提取方法。本发明专利技术是要解决现有的基于平面拟合的障碍检测算法在高海拔时不能有效地提取障碍物的问题，而提出的一种基于薄板样条插值的障碍物特征提取方法。该方法是通过首先滤掉噪声点，自下而上建立控制点金字塔。通过金字塔顶层控制点建立初始薄板样条插值曲面。求该曲面与金子塔下一层控制点的残差，通过阈值处理剔除不满足条件的控制点，更新控制点矩阵，通过剩余的控制点建立新的插值曲面，重复上述过程，最终生成原始数据点的插值曲面等步骤实现的。本发明专利技术应用于障碍物特征提取领域。

A method of obstacle feature extraction based on thin plate spline interpolation

The invention relates to an obstacle feature extraction method based on thin plate spline interpolation. The present invention is to solve the existing plane fitting algorithm based on obstacle detection at high altitude can not effectively extract obstacle problems, and put forward a kind of barrier characteristic based on thin plate spline interpolation method. The method is to filter out the noise points and build up the control point from bottom to top in Pyramid. The initial thin plate spline interpolation surface is established through the top control points in Pyramid. For the residual layer of control points of the surface and the gold tower under control can not meet the requirements by selecting threshold processing, update the control matrix, a new interpolation surface by controlling the remaining points, repeat the process steps of interpolation surface generated data points to achieve. The invention is applied to the field of obstacle feature extraction.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及障碍特征检测方法，特别涉及一种基于薄板样条插值的障碍物特征提取方法。
技术介绍
行星着陆器动力下降段障碍检测的主要目的是确保探测器能够安全地着陆到相对平坦的区域，以火星着陆为例，由于火星表面布满陨石坑，岩石，陡坡等地形，因此如何寻找出一块满足着陆要求的地形是最终着陆过程的关键所在。现有的方法都是在动力下降段末期(100米到500米)通过平面拟合求残差来探测障碍物。但是在较低的海拔范围内，一旦发现着陆区不具备安全着陆的可能，考虑到燃料的限制，探测器将很难做出大范围的机动。而且，海拔高度较低的情况下，探测器传感器的视角已经变得很小，不能够大范围的勘测地形，寻找合适的着陆点。因此需要探测器尽早地实施障碍检测操作，在动力下降段初期完成大范围的障碍检测，选择一块合适的着陆区域。待探测器在动力下降末期，在初期选择的着陆区域内选择合适的着陆点进行安全着陆。这样能够避免直接末期选择可能面临的上述问题。然而在高海拔条件下，激光雷达获取的地形精度有限，激光脚点之间距离较大。传统的平面拟合方法并不适用。平面拟合的方法需要选择拟合窗口，窗口过大会过平滑障碍物；过小的窗口由于激光脚点距离较大，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于薄板样条插值的障碍物特征提取方法，其特征在，该方法具体是按照以下步骤进行的：步骤一、根据行星着陆器在动力下降段的位置、姿态及扫描激光雷达参数获取Flash雷达视场内地形的三维高程数据；其中，Flash雷达视场内地形的三维高程数据指的是地形三维坐标点，包含两个水平方向的位置和高度信息：三维高程数据为地形的三维坐标xi,yi,zi；i＝1,2,3,...N；步骤二、对步骤一中获取的三维高程数据进行数字形态学处理，去除低值噪声点得到处理过的激光点数据；步骤三、将经过步骤二处理过的激光点数据进行降采样处理；将三维高程数据进行隔点采样，即根据2倍的相邻采样点距离，以自下而上的方式建立数据金字塔，...

【技术特征摘要】
1.一种基于薄板样条插值的障碍物特征提取方法，其特征在，该方法具体是按照以下步骤进行的：步骤一、根据行星着陆器在动力下降段的位置、姿态及扫描激光雷达参数获取Flash雷达视场内地形的三维高程数据；其中，Flash雷达视场内地形的三维高程数据指的是地形三维坐标点，包含两个水平方向的位置和高度信息：三维高程数据为地形的三维坐标xi,yi,zi；i＝1,2,3,...N；步骤二、对步骤一中获取的三维高程数据进行数字形态学处理，去除低值噪声点得到处理过的激光点数据；步骤三、将经过步骤二处理过的激光点数据进行降采样处理；将三维高程数据进行隔点采样，即根据2倍的相邻采样点距离，以自下而上的方式建立数据金字塔，金字塔的层数为M，确定金字塔中任意m层的数据点为m+1层2*2邻域内的最小高程数据点；将最小高程数据点称之为控制点；m∈M；步骤四、利用步骤三得到的每一层的控制点建立薄板样条插值曲面S；步骤五、利用步骤四得到数据金字塔第m层薄板样条曲面S与数据金字塔第m+1层的控制点做差得到残差，将残差通过阈值处理，剔除大于阈值的控制点，更新控制点数据，其中，阈值为金字塔每一层数据的均值；步骤六、从金字塔顶层，自上而下开始利用更新后的控制点数据重复步骤四和步骤五；最终得到数据金字塔最底层的更新后的控制点，利用最底层的更新后的控制点生成最终的薄板样条插值曲面；步骤七：利用步骤六生成的最终的薄板样条插值曲面与原高程数据r做差得到残差数据，利用残差数据建立粗糙度图；步骤八：求步骤六生成的最终的薄板样条插值曲面梯度，利用曲面梯度求地形坡度图。2.根据权利要求1所述一种基于薄板样条插值的障碍物特征提取方法，其特征在于：步骤二中对步骤一中获取的三维高程数据进行数字形态学处理，去除低值噪声点得到处理过的激光点数据的具体操作步骤如下：步骤二一、对原始高程数据r进行开运算，开运算是对数据进行腐蚀运算后在进行膨胀预算；窗口尺寸wo为探测器最大尺寸的2倍；其中，ro为经过开运算处理后的高程数据；⊙代表腐蚀运算，具体定义为：其中，rer为经过腐蚀处理后的高程数据，zi为高程数据点在窗口wo下的高度值；⊕代表膨胀运算，具体定义为： r e...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐田来，崔祜涛，肖学明，田阳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23