一种基于前视声呐的水下结构化环境线特征提取方法技术

本发明专利技术提供一种基于前视声呐的水下结构化环境线特征提取方法，包括：对前视声呐数据进行动态阈值分割，获取高回波强度点的总点数及其在载体系下的极坐标；在限定循环次数内从高回波强度点中随机选择两个不孤立且不相邻的点构建直线，选取到该直线距离小于预设阈值的点构成候选点集，计算候选点集的势与总点数的比例，若比例不小于阈值将该条直线作为辅助直线并终止循环；基于辅助直线参数及相应候选点集分布特点，构建结构化环境直线特征参数的投票空间，使用投票算法提取直线特征参数；基于直线特征附近点的分布情况，将直线特征裁剪为线段特征。本发明专利技术有效克服了随机采样的盲目性和投票算法的低效性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于前视声呐的水下结构化环境线特征提取方法
本专利技术涉及一种基于前视声呐的水下结构化环境线特征提取方法，属于水下环境声学智能感知与建模领域。
技术介绍
对机器人来说，对水下环境的感知与理解能力是制约机器人自主化和智能化水平的重要因素。港口、航道等水下结构化环境是水下机器人常见的工作场景，水下机器人通常基于前视声呐探测这些水下结构化建筑，并利用线段对其进行描述。因此准确、高效的水下结构化环境线特征提取算法是水下机器人实时、正确理解水下结构化环境的根本保证。但目前水下结构化环境线特征提取的算法仍有不完备之处。一方面，受工作环境和原理限制，前视声呐与陆用激光雷达、结构光、摄像机等设备相比噪声大、精度差，而现有算法主要借鉴陆上环境线特征提取方法，无法有效抑制前视声呐探测数据噪声，影响了线特征提取的准确度；另一方面，现有算法为保证线特征提取的准确性计算量较高，导致特征提取效率低、实时性差；此外现有算法更倾向于提取与环境一致的直线特征而非能更准确描述结构化环境的线段特征，极易导致环境模型构建产生歧义性。针对上述问题，本专利技术将随机一致性采样算法(RANSAC)与投票算法有机结合，提出一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于前视声呐的水下结构化环境线特征提取方法，其特征在于：步骤如下：步骤一：对前视声呐数据进行动态阈值分割，获取高回波强度点的总点数及其在载体系下的极坐标；步骤二：在限定循环次数内从高回波强度点中随机选择两个不孤立且不相邻的点构建直线，选取到该直线距离小于预设阈值的点构成候选点集，计算候选点集的势与总点数的比例，若比例不小于阈值则将该条直线作为辅助直线并终止循环；步骤三：基于辅助直线参数及相应候选点集分布特点，构建结构化环境直线特征参数的投票空间，使用投票算法提取结构化环境直线特征参数；步骤四：基于直线特征附近点的分布情况，将直线特征裁剪为结构化环境线段特征。

【技术特征摘要】
1.一种基于前视声呐的水下结构化环境线特征提取方法，其特征在于：步骤如下：步骤一：对前视声呐数据进行动态阈值分割，获取高回波强度点的总点数及其在载体系下的极坐标；步骤二：在限定循环次数内从高回波强度点中随机选择两个不孤立且不相邻的点构建直线，选取到该直线距离小于预设阈值的点构成候选点集，计算候选点集的势与总点数的比例，若比例不小于阈值则将该条直线作为辅助直线并终止循环；步骤三：基于辅助直线参数及相应候选点集分布特点，构建结构化环境直线特征参数的投票空间，使用投票算法提取结构化环境直线特征参数；步骤四：基于直线特征附近点的分布情况，将直线特征裁剪为结构化环境线段特征。2.根据权利要求1所述的一种基于前视声呐的水下结构化环境线特征提取方法，其特征在于：步骤一具体包括：(1)采集一定声纳开角范围内的前视声纳数据，对前视声纳数据进行动态阈值分割，获取高回波强度点并计算高回波强度点数目；(2)计算基于当前载体系下所有回波强度大于动态阈值的点的极坐标形式：2D多波束成像声呐由于同时发出多个波束，给出的数据本身便是当前载体系下回波点的极坐标，则直接获取回波强度大于动态阈值的点的极坐标(θij,ρij)；单波束机械扫描式成像声呐不断连续发出波束，在不断探测过程中载体本身也在运动，因此各个波束的原点一般不同，每个波束上回波点的极坐标的计算公式为：式中：xij、yij为当前载体系下第i个波束上距离该波束原点j个间隔的回波强度点坐标；xi、yi为第i个波束的波束原点相对当前载体系下的坐标值，可通过导航系统数据并转换得到；ρj为距波束原点j个间隔的距离。3.根据权利要求2所述的一种基于前视声呐的水下结构化环境线特征提取方法，其特征在于：步骤二具体包括：(1)设定辅助直线的最大计算次数；(2)在高回波强度点中，随机选取两个点，选中的点不能是整个波束上唯一一个回波强度大于阈值的孤立点，同时应该满足该点在波束上相邻两个位置的回波强度均大于阈值；并且所选的两个点在两个不同的波束上，两个波束间至少间隔一定数量的波束，该间隔的设定由波束总数及作用距离等因素决定，可设定为波束总数十分之一左右，参考声呐作用距离具体可作调整；记两点极坐标分别为(θ1,ρ1)和(θ2,ρ2)；(3)利用(2)中的两个点确定一条过两点的直线，直线方程可表示为：(4)预设距离阈值，该距离阈值可设定在2-3m之间，则所有高回波强度点到(3)中所述的直线的距离为：到辅助直线距离小于预设距离阈值的点构成候选点集，点集的势即点集内点的个数记为a；(5)预设比例阈值ηthreshold，此阈值设定为0.7-0.9之间某一定值；计算比例即候选点集的势与高回波强度点总点数的比例，若比例η≥ηthreshold，停止计算，保存直线参数，将其作为辅助直线；否则返回(2)重新采样并构建直线，直至η≥ηthreshold，若达到(1)中的设定的最大计算次数时比例仍小于预设比例阈值，则认定声呐未探测到线特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，牛伯城，李晔，盛明伟，张雯，隋炎橙，马腾，范彦福，张国成，曹建，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23