障碍物检测方法、系统及机器人技术方案

本发明专利技术提供了一种障碍物检测方法、系统及机器人，涉及障碍物检测技术领域，根据摄像头采集的深度信息构建目标区域的三维空间点云；对三维空间点云进行处理，获取摄像头的旋转角度；根据旋转角度将三维空间点云进行旋转，并从旋转后的三维空间点云中提取地面点云；根据所述地面点云从所述旋转后的三维空间点云中获取障碍物点云，得到障碍物检测信息。本发明专利技术通过采集深度信息，使用点云对空间进行建模，可以获取摄像头俯仰角度，有效避免了对摄像头安装角度以及出厂安装工艺的要求。

Obstacle Detection Method, System and Robot

The invention provides an obstacle detection method, a system and a robot, which relates to the technical field of obstacle detection. According to the depth information collected by the camera, a three-dimensional point cloud in the target area is constructed; the three-dimensional point cloud is processed to obtain the rotation angle of the camera; the three-dimensional point cloud is rotated according to the rotation angle, and extracted from the three-dimensional point cloud after rotation. Obstacle point clouds are taken from the ground point clouds, and obstacle detection information is obtained from the rotating three-dimensional space point clouds. By collecting depth information and using point cloud to model the space, the camera pitch angle can be obtained, and the requirements of camera installation angle and factory installation process can be effectively avoided.

【技术实现步骤摘要】
障碍物检测方法、系统及机器人
本专利技术涉及障碍物检测
，尤其是涉及一种障碍物检测方法、系统及机器人。
技术介绍
对于机器人来说，自主导航是至关重要的一个环节，而是否能够准确的进行障碍物检测，是衡量导航性能非常重要的指标。为了使机器人在导航过程中准确地检测障碍物，并进行避障，通过选择不同的传感器来进行障碍物检测。在三维空间中，物体的旋转一共有三个自由度，横滚(roll)、俯仰(pitch)、偏航(yaw)，当摄像头在机器人的安装不存在横滚，并且俯仰角度固定时，可以通过观测一个地平面，并拟合像素坐标与观测高度之间的关系函数，然后在实际情况中，根据像素坐标对应的函数值与实际观测的深度值进行比较，判断该像素对应的区域是否为障碍物。但是，上述方法要求摄像头一定要固定安装，对出厂要求较高，并且在使用过程中不能发生任何旋转。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供障碍物检测方法、系统及机器人，以解决现有技术中存在的要求摄像头固定安装，对出厂要求较高，并且在使用过程中不能发生任何旋转的技术问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种障碍物检测方法，应用于机器人，所述机器人上安装有摄像头，所述方法包括：根据所述摄像头采集的深度信息构建目标区域的三维空间点云；对所述三维空间点云进行处理，获取所述摄像头的旋转角度；根据所述旋转角度将所述三维空间点云进行旋转，并从旋转后的三维空间点云中提取地面点云；根据所述地面点云从所述旋转后的三维空间点云中获取障碍物点云，得到障碍物检测信息。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述根据所述地面点云从所述旋转后的三维空间点云中获取障碍物点云的步骤，包括：根据所述地面点云拟合地面平面，并获取所述地面平面的高斯分布参数；获取所述旋转后的三维空间点云与所述地面平面的相对位置信息；根据所述相对位置信息以及所述高斯分布参数获取所述障碍物点云，得到所述障碍物检测信息。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述对所述三维空间点云进行处理，获取所述摄像头的旋转角度的步骤，包括：获取所述三维空间点云的点云法向量，并根据所述点云法向量得到疑似地面点云；根据所述疑似地面点云获取所述摄像头的旋转角度。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，获取所述三维空间点云的点云法向量，并根据所述点云法向量得到疑似地面点云的步骤，包括：获取所述三维空间点云的每个点云的法向量，并计算每个所述点云的法向量与世界坐标系中Z坐标轴之间的夹角；将所述夹角小于预设夹角的点云作为所述疑似地面点云。结合第一方面的第三种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述根据所述疑似地面点云获取所述摄像头的旋转角度的步骤，包括：获取假设旋转角度，根据所述假设旋转角度将所述疑似地面点云进行旋转；其中，所述假设旋转角度在第一预设范围内；根据所述摄像头的高度从旋转后的所述疑似地面点云中获取满足预设条件的点云；在所述第一预设范围内，迭代执行以上步骤，获取满足所述预设条件的点云个数达到最大时的第一旋转角度；根据所述第一旋转角度获取所述假设旋转角度的第二预设范围，从所述第二预设范围内获取所述摄像头的旋转角度。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述根据所述旋转角度将所述三维空间点云进行旋转，并从旋转后的三维空间点云中提取地面点云的步骤，包括：根据所述旋转角度将所述三维空间点云从摄像头坐标系变换到世界坐标系，得到变换后的三维空间点云；根据所述摄像头的高度从所述变换后的三维空间点云中获取满足预设高度的点云；通过对满足所述预设高度的点云的Z坐标拟合高斯分布，得到所述地面点云。结合第一方面的第一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述获取所述旋转后的三维空间点云与所述地面平面的相对位置信息的步骤，包括：将所述目标区域划分为多个预设尺寸的方格，并将所述旋转后的三维空间点云投影到多个所述方格中；通过高斯核函数分别计算每个所述方格中的点云到所述地面平面的平均高度以及平均方向，得到所述相对位置信息。结合第一方面的第六种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述根据所述相对位置信息以及所述高斯分布参数获取障碍物点云，得到障碍物检测信息的步骤，包括：将每个所述方格的平均高度与所述高斯分布参数的阈值进行对比，以及将每个所述方格的平均方向与预设阈值进行对比；将满足预设条件的方格内的点云作为障碍物点云。第二方面，本专利技术实施例还提供一种障碍物检测系统，应用于机器人，所述机器人上安装有摄像头，所述系统包括：构建模块，用于根据所述摄像头采集的深度信息构建目标区域的三维空间点云；处理模块，用于对所述三维空间点云进行处理，获取所述摄像头的旋转角度；旋转模块，用于根据所述旋转角度将所述三维空间点云进行旋转，并从旋转后的三维空间点云中提取地面点云；获取模块，用于根据所述地面点云从所述旋转后的三维空间点云中获取障碍物点云，得到障碍物检测信息。第三方面，本专利技术实施例提供了一种机器人，包括摄像头和处理器，所述摄像头安装在所述机器人上；所述摄像头，用于采集目标区域的深度信息；所述处理器，用于执行如上所述的方法，以输出障碍物检测信息。本专利技术实施例带来了以下有益效果：本专利技术实施例提供了一种障碍物检测方法、系统及机器人，根据摄像头采集的深度信息构建目标区域的三维空间点云；对三维空间点云进行处理，获取摄像头的旋转角度；根据旋转角度将三维空间点云进行旋转，并从旋转后的三维空间点云中提取地面点云；根据地面点云拟合地面平面，并根据高斯分布拟合获取地面平面参数；获取旋转后的三维空间点云与地面平面的位置信息；根据位置信息以及地面平面参数获取障碍物点云，得到障碍物检测信息。通过采集深度信息，使用点云对空间进行建模，可以获取摄像头俯仰角度，有效避免了对摄像头安装角度以及出厂安装工艺的要求。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的障碍物检测方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的障碍物检测方法的步骤S104的方法流程图；图3为本专利技术实施例提供的障碍物检测系统图；图4为本专利技术实施例提供的电子设备示意图。图标：10-构建模块；20-处理模块；30-旋转模块；40-获取模块。1000-电子设备；500-处理器；501-存储器；502-总线；503-通信接口。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种障碍物检测方法，其特征在于，应用于机器人，所述机器人上安装有摄像头，所述方法包括：根据所述摄像头采集的深度信息构建目标区域的三维空间点云；对所述三维空间点云进行处理，获取所述摄像头的旋转角度；根据所述旋转角度将所述三维空间点云进行旋转，并从旋转后的三维空间点云中提取地面点云；根据所述地面点云从所述旋转后的三维空间点云中获取障碍物点云，得到障碍物检测信息。

【技术特征摘要】
1.一种障碍物检测方法，其特征在于，应用于机器人，所述机器人上安装有摄像头，所述方法包括：根据所述摄像头采集的深度信息构建目标区域的三维空间点云；对所述三维空间点云进行处理，获取所述摄像头的旋转角度；根据所述旋转角度将所述三维空间点云进行旋转，并从旋转后的三维空间点云中提取地面点云；根据所述地面点云从所述旋转后的三维空间点云中获取障碍物点云，得到障碍物检测信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述地面点云从所述旋转后的三维空间点云中获取障碍物点云的步骤，包括：根据所述地面点云拟合地面平面，并获取所述地面平面的高斯分布参数；获取所述旋转后的三维空间点云与所述地面平面的相对位置信息；根据所述相对位置信息以及所述高斯分布参数获取所述障碍物点云，得到所述障碍物检测信息。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述三维空间点云进行处理，获取所述摄像头的旋转角度的步骤，包括：获取所述三维空间点云的点云法向量，并根据所述点云法向量得到疑似地面点云；根据所述疑似地面点云获取所述摄像头的旋转角度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，获取所述三维空间点云的点云法向量，并根据所述点云法向量得到疑似地面点云的步骤，包括：获取所述三维空间点云的每个点云的法向量，并计算每个所述点云的法向量与世界坐标系中Z坐标轴之间的夹角；将所述夹角小于预设夹角的点云作为所述疑似地面点云。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述疑似地面点云获取所述摄像头的旋转角度的步骤，包括：获取假设旋转角度，根据所述假设旋转角度将所述疑似地面点云进行旋转；其中，所述假设旋转角度在第一预设范围内；根据所述摄像头的高度从旋转后的所述疑似地面点云中获取满足预设条件的点云；在所述第一预设范围内，迭代执行以上步骤，获取满足所述预设条件的点云个数达到最大时的第一旋转角度；根据所述第一旋转角度获取所述假设旋转角度的第二预设范围，...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉斌，王玉亮，
申请(专利权)人：北京进化者机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11