机器人激光雷达避障的噪点滤波方法技术

本发明专利技术提供一种机器人激光雷达避障的噪点滤波方法。具体包括如下步骤：设定距离阈值；读取激光雷达的所有扫描点及其距离机器人的距离；从所述所有扫描点的某点开始依次取连续的三个点作为样本，根据该样本内三个点两两相互之间的距离确定离群点；若有离群点，则计算所述离群点与另二个点连线之间的距离，并与步骤一所述距离阈值进行比较；若大于所述距离阈值，则认为该点为噪点，将所述噪点与机器人之间的距离设为零或无穷大；若小于所述距离阈值，则不作处理；若无离群点，则本次取样不作处理，继续下一取样；直至所述所有扫描点至少完成一次比对且回到初始点。本发明专利技术提供的所述噪点滤波方法正确率高、实时性好，有利于推进人工智能产品化。

Noise filtering method for obstacle avoidance of robotic lidar

The invention provides a noise filtering method for obstacle avoidance of robot lidar. It includes the following steps: setting the distance threshold; reading all scanning points of lidar and their distances from the robot; taking three consecutive points as samples from one point of all scanning points in turn, and determining outliers according to the distance between the two points in the sample; if there are outliers, calculating the distance between the outliers and the connecting lines of the other two points. Compared with the distance threshold in step 1, if the distance threshold is greater than the distance threshold, the point is considered as a noise point, and the distance between the noise point and the robot is set to zero or infinite; if it is less than the distance threshold, it is not processed; if there is no outlier, the sampling will not be processed, and the next sampling will continue until all the scanning points have completed at least one comparison and return. To the initial point. The noise filtering method provided by the invention has high accuracy and good real-time performance, and is beneficial to promoting the production of artificial intelligence.

【技术实现步骤摘要】
机器人激光雷达避障的噪点滤波方法
涉本专利技术涉及激光雷达
，具体涉及一种机器人激光雷达避障的噪点滤波方法。
技术介绍
现有的应用于机器人的低成本激光雷达在扫描周遭环境时会出现跳动的噪点，所述噪点将导致机器人误认为所述噪点处有障碍物从而进行规避，导致行走路线偏离甚至影响到机器人的正常行走。现有技术中的滤波算法无论在实时性或正确性上皆不能满足机器人避障的要求。因为：一、这些滤波算法需要进行一定的采样，而机器人避障要求的障碍物信息必须实时，障碍物信息的滞后会导致避障出现问题。举个例子，比如激光雷达看到障碍物离机器人为1m，滤波所耗费时间为0.5s，0.5s后机器人实际离障碍物只有0.5m，但滤波的时刻为0.5s前，认为障碍物距离为1m，存在时间延时和空间误差。二、现有的滤波算法不考虑障碍物特征相关的信息，而误将跳动的点滤除。比如确实是有一个物体在机器人前跳动，那么经过现有滤波算法滤除后机器人会认为该障碍物不存在，从而导致与障碍物相撞。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有滤波技术在正确性及实时性上存在的问题，提供一种正确率高、实时性好的机器人激光雷达避障的噪点滤波方法。一种机器人激光雷达避障的噪点滤波方法，具体包括如下步骤：步骤S1、设定距离阈值；步骤S2、读取激光雷达的所有扫描点及其距离机器人的距离；步骤S3、从所述所有扫描点的某点开始依次取连续的三个点作为样本，根据该样本内三个点两两相互之间的距离确定有无离群点；若有离群点，则进入步骤S4；若无离群点，则本次取样不作处理，继续下一取样；步骤S4、计算所述离群点与另二个点连线之间的距离，并与步骤S1所述距离阈值进行比较；若大于所述距离阈值，则认为该点为噪点，将所述噪点与机器人之间的距离设为零或无穷大；若小于所述距离阈值，则不作处理；步骤S5、循环步骤S3至步骤S4直至所述所有扫描点至少完成一次比对且回到初始点。在本专利技术提供的机器人激光雷达避障的噪点滤波方法的一种较佳实施例中，步骤S1所述距离阈值为(2～5)*sin(激光雷达角度分辨率)米。在本专利技术提供的机器人激光雷达避障的噪点滤波方法的一种较佳实施例中，步骤S3中确定离群点的步骤具体为：S31：计算样本中任两点之间的距离；S32：两点之间的距离与步骤S1所述距离阈值进行比较；若大于所述距离阈值，则认为该两点相距较远，否则为相距较近；所述离群点为离另二点皆相距较远的点。相较于现有技术，本专利技术提供的所述机器人激光雷达避障的噪点滤波方法原理简单、实际滤波效果好，具有以下有益效果：一、滤波正确率高。本方法首创性的提出待滤除点与参照点之间的距离阈值为(2～5)*sin(激光雷达角度分辨率)m，可保证实际存在的障碍物不被误滤除，因为任何实际障碍物，在距离机器人较近时，被激光雷达探测到的点不可能是单个的点，因而不会被滤除。二、滤波的实时性。本方法避免了多帧的数据采样和复杂的特征分析，高效率单帧数据处理保证了滤波的实时性，同时解决了障碍物信息延后导致的避障异常的问题。三、所述方法应用于机器人可降低实际量产中激光雷达的成本。大部分的低成本激光雷达都存在噪点的问题，本方法主要应用于低成本激光雷达，从软件层面解决硬件上的问题，使低端的激光雷达达到高精激光雷达滤波效果，降低了机器人在器件上的成本，有利于机器人量产和推广使用，同时为降低激光雷达厂家的生产成本提供了一种软硬结合的可行性方案。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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它的附图，其中：图1是本专利技术提供的机器人激光雷达避障的噪点滤波方法工作流程示意图；图2为本专利技术提供的机器人激光雷达避障的噪点滤波方法工作原理示意图；图3为离群点的判断方法例；图4是本专利技术提供的机器人激光雷达避障的噪点滤波方法一具体实施例的滤波效果图；图5是本专利技术提供的机器人激光雷达避障的噪点滤波方法正确性分析图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。请参阅图1，是本专利技术提供的机器人激光雷达避障的噪点滤波方法工作流程示意图。所述噪点滤波方法具体包括如下步骤：步骤S1、设定距离阈值；在本实施例中设定待滤除点与参照点之间的所述距离阈值为(2-5)*sin(激光雷达角度分辨率)m。在此，2-5为现实世界中的距离2-5m，激光雷达的角度分辨率从激光雷达器件的基本信息中获取。此距离阈值是我公司经过多次实验测试所得。如果距离阈值设置过大，则离障碍物较近的噪点不会被过滤掉，即滤出的限制过松；而如果设置过小，则障碍物也将会被误滤，即滤除的限制过严，两个点之间离得很近也可能会被滤除。而将阈值设置在(2～5)*sin(激光角度分辨率)m，可满足机器人避障需求，此时，若激光雷达角度分辨率为0.5度，距离阈值为0.017m～0.043m，即障碍物细于1.7cm时会被滤除。步骤S2、读取激光雷达的所有扫描点及其距离机器人的距离。步骤S3、取样本。根据激光雷达器件的数据特性，从所述所有扫描点的某点开始依次取角度相邻的三个点作为样本。根据该样本内三个点两两相互之间的距离确定有无离群点；若有离群点，则进入步骤S4；若无离群点，则本次取样不作处理，继续下一取样。确定离群点的步骤具体为：S31：计算样本中任两点之间的距离。在激光雷达分辨率较高的情况下，两点之间的距离约为该两点各自距机器人的距离之差。S32：两点之间的距离与步骤S1所述距离阈值进行比较；若大于所述距离阈值，则认为该两点相距较远，否则为相距较近；所述离群点为离另二点皆相距较远的点。步骤S4、计算所述离群点与另二个点连线之间的距离，并与步骤S1所述距离阈值进行比较；若大于所述距离阈值，则认为该点为噪点，将所述噪点与机器人之间的距离设为零或无穷大；若小于所述距离阈值，则不作处理；步骤S5、循环步骤S3至步骤S4直至所述所有扫描点至少完成一次比对且回到初始点。本专利技术提供的机器人激光雷达避障的噪点滤波方法的原理很简单，一句话来说就是要滤掉离群点，即距一团数据点距离较大的单个点的滤除。如图2所示圆圈中的点是要滤除的点，矩形中的点是不需要滤除的点，因为圆圈中的点满足如下两个条件：附近只有一个点且距离多个点群较远，而较远较近的判别标准为距离阈值。因此，如图3所示，点A至G点群的距离超过了距离阈值，则点A为离群点，进行滤除；e、f点至G点群的距离小于距离阈值，认为在一个点群内，不进行滤除。优选地，本专利技术还可设置需要滤除的离群点的数目，若要滤除k个点，则将此k个点看成一个点滤掉即可，滤除算法为outlier函数。但是经过多次实践经验得知在不同分辨率的激光雷达情况下，采样点为三个，滤除点为一个时，历时最少，滤除精确，滤波效果如图4所示，图4右半部分为滤除前，左半部分为滤除后，可见滤波区域内的噪点已被滤除。对于激光雷达避障来说，算法简单以及历时少是避障实时性的保障。通过outlier函数来确定需要滤除点即噪点的位置，然后将需要滤除点的相应激光雷达数据—距离机器人的距离设置为零或者无穷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人激光雷达避障的噪点滤波方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤S1、设定距离阈值；步骤S2、读取激光雷达的所有扫描点及其距离机器人的距离；步骤S3、从所述所有扫描点的某点开始依次取连续的三个点作为样本，根据该样本内三个点两两相互之间的距离确定有无离群点；若有离群点，则进入步骤S4；若无离群点，则本次取样不作处理，继续下一取样；步骤S4、计算所述离群点与另二个点连线之间的距离，并与步骤S1所述距离阈值进行比较；若大于所述距离阈值，则认为该点为噪点，将所述噪点与机器人之间的距离设为零或无穷大；若小于所述距离阈值，则不作处理；步骤S5、循环步骤S3至步骤S4直至所述所有扫描点至少完成一次比对且回到初始点。

【技术特征摘要】
1.一种机器人激光雷达避障的噪点滤波方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤S1、设定距离阈值；步骤S2、读取激光雷达的所有扫描点及其距离机器人的距离；步骤S3、从所述所有扫描点的某点开始依次取连续的三个点作为样本，根据该样本内三个点两两相互之间的距离确定有无离群点；若有离群点，则进入步骤S4；若无离群点，则本次取样不作处理，继续下一取样；步骤S4、计算所述离群点与另二个点连线之间的距离，并与步骤S1所述距离阈值进行比较；若大于所述距离阈值，则认为该点为噪点，将所述噪点与机器人之间的距离设为零或无穷大；若小于所述距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖湘江，
申请(专利权)人：肖湘江，
类型：发明
国别省市：湖南,43