移动机器人三维建图与导航中玻璃的识别与重建方法技术

一种移动机器人三维建图与导航中玻璃的识别与重建方法，包括：(1)反射强度特征筛选，获得候选点队列PointQueue以及其中每个点周围的点云集合SubCloud；(2)局部结构特征筛选，判断局部结构特征是否符合标准，删除不符合标准的点P及周围的点云集合SubCloud；(3)重建玻璃点云，获得完整的点云形状。本发明专利技术仅使用激光雷达一个传感器降低了复杂程度，结合了反射强度特征与点云局部结构特征进行判断，充分利用了镜面反射的物理特征和三维点云有别于二维点云的丰富几何信息，识别效率高且准确率高，能够应用于同步定位与建图算法中构建完整的室内玻璃环境的地图。的室内玻璃环境的地图。的室内玻璃环境的地图。

【技术实现步骤摘要】
移动机器人三维建图与导航中玻璃的识别与重建方法


[0001]本专利技术涉及移动机器人的环境感知，尤其是涉及如存在玻璃等透明障碍物的室内环境中玻璃探测的环境感知、三维点云重建，属于移动机器人的


技术介绍

[0002]机器人技术在近十年取得快速发展，各型号移动机器人在应急救援、家居服务、环境探索等方面发挥着巨大作用，随着各种传感器的发展和机器人算法的应用，移动机器人的工作逐渐涉及到人类生活的方方面面，常常代替人工完成各种复杂任务。
[0003]移动机器人实现这一切功能的前提，是能够正确感知并处理周围的环境信息。由于激光雷达数据精准度高、稳定性好的优点，在移动机器人定位、建图、导航过程中，常用激光雷达作为主要传感器收集环境信息。作为光学传感器，激光雷达依靠发射并接受反射激光束获取环境信息。对于一些低漫反射率的物体，如玻璃、镜子、金属或瓷砖等光亮表面，光束在其表面发生的漫反射强度微弱，难以被激光雷达接收识别，激光雷达会忽视这些低漫反射率障碍物并获得错误的物体位置。以生活中常见的玻璃这种透明障碍物为例，激光束会穿过透明障碍物直接获取到透本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种移动机器人三维建图与导航中玻璃的识别与重建方法，其特征是，包括以下步骤，各步骤中所依据的全局坐标系为直角坐标系，坐标系原点位于激光雷达中心，激光雷达朝向为x轴，激光雷达朝向左侧90
°
处为y轴，z轴垂直于XOY平面向上；各步骤的具体过程如下：(1)反射强度特征筛选，获得候选点队列PointQueue以及其中每个点周围的点云集合SubCloud；
①
输入为激光雷达获得的三维点云，在一定范围R内进行，筛选强度大于阈值Tr
i
的点，Tr
i
的值依据环境光线情况进行设定，获得反射强度符合要求的点构成候选队列PointQueue；将PointQueue中各点按反射强度由大到小进行排列，在反射强度值大的点附近的反射强度值较小的点会被从PointQueue中删除；
②
获得PointQueue后将逐个遍历其中包含的各点进行运算，对于每个点P及其所处的玻璃平面G，建立玻璃平面坐标系以及全局坐标系至玻璃平面坐标系的转换矩阵T；采集点P附近范围的所有点形成点云SubCloud，采集范围是一个上下柱面平行于玻璃平面G的圆柱体范围，圆柱体的几何中心为点P，柱面半径为R，圆柱高度为H；
③
在点云SubCloud的基础上采集离散化的强度特征，以点P为中心，向其玻璃平面坐标系x、y正负方向建立9
×
9大小的栅格IntensityMatrix，设置单元格的长、宽与距离成正比，SubCloud中的点转化到玻璃平面坐标系中，按空间位置将每个点的反射强度值填入栅格中，多个反射强度位于一个单元格中时保留最大强度值；之后计算IntensityMatrix在x、y方向上的梯度GradientMatrix并计算每个单元格的散度，生成DivergenceMatrix，判断点P处的散度值是否符合散度阈值Tr
d
的要求，若不符合，则删除不符点P及周围的点云集合SubCloud，Tr
d
的值依据环境光线情况进行设定；(2)局部结构特征筛选，判断局部结构特征是否符合标准，删除不符合标准的点P及周围的点云集合SubCloud；(3)重建玻璃点云，获得完整的点云形状。2.根据权利要求1所述的移动机器人三维建图与导航中玻璃的识别与重建方法，其特征是，所述步骤(1)
①
中反射强度值大的点附近所表示的范围为以该点为圆心、半径为r＝0.268
×
Norm，Norm为该点与全局坐标系原点的连线的长度。3.根据权利要求1所述的移动机器人三维建图与导航中玻璃的识别与重建方法，其特征是，所述步骤(1)
②
中建立玻璃平面坐标系以及全局坐标系至玻璃平面坐标系的转换矩阵T具体过程是：设玻璃平面G在全局坐标系中的方程为Ax+By+Cz+D＝0，平面的参数A，B，C分别是玻璃平面法向量中的x、y、z，平面的参数D为点P与全局坐标系原点的连线的长度；由于玻璃反射强度最大值的点P为沿玻璃平面G法线入射得到，所以点P与全局坐标系原点的连线为玻璃平面G的法向量设定法向量方向由全局坐标系原点指向点P，玻璃平面G的坐标系与全局坐标系关系如下式所示：关系如下式所示：
设上述坐标系的基在全局坐标系下表示为在全局坐标系下表示为点P在全局坐标系下的坐标表示为P＝[p
x p
y p
z
]
T
，则获得两坐标系间的转换矩阵T：4.根据权利要求1所述的移动机器人三维建图与导航中玻璃的识别与重建方法，其特征是，所述步骤(1)
③
中单元格的长沿玻璃平面坐标系x轴方向，尺度为在水平方向上覆盖2至3个点，单元格的宽沿玻璃平面坐标系y轴方向，尺度为在竖直方向上覆盖1至2个点。5.根据权利要求1所述的移动机器人三维建图与导航中玻璃的识别与重建方法，其特征是，所述步骤(2)局部结构特征及其判断标准如下：
①
扇区点数量特征：将SubCloud中的点投影到玻璃平面G上，以点P为中心按固定角度间隔在统计扇形区域内点的数量；判断标准：以y轴方向区分左右两侧，两侧的峰值应出现在x轴方向；
②
离散程度：计算SubCloud投影...

【专利技术属性】
技术研发人员：周乐来，孙晓辉，李贻斌，田新诚，宋锐，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：