一种融合地形特征的果园环境三维点云数据去噪方法技术

本发明专利技术公开了一种融合地形特征的果园环境三维点云数据去噪方法。本发明专利技术通过线束分割，将点云分成上下两部分，分别进行布滤波拟合地面和防护网，再对投影到二维栅格平面上的点云计算高程差，滤除掉地面点云和防护网点云。对于其他点云进行离群点噪声滤除。对于难以标记的动态障碍物，进行两步标记法，利用帧间信息和区域生长聚类法对动态障碍物进行标记。为提高标记可信度，进行了融合可行度模型判定。最终滤除动态障碍物，得到干净果树行点云。该方法有效的滤除了对于点云配准无效的噪声点云，提取出富含特征信息的果树行点云，鲁棒性更高，配准结果更准确，且方法整体实时性高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
一种融合地形特征的果园环境三维点云数据去噪方法


[0001]本专利技术属于数据处理
，特别是一种融合地形特征的果园环境三维点云数据去噪方法。

技术介绍

[0002]在农业机器人领域，大型标准化农场的自动化生产已经很成熟，但是面对野外半结构果园环境，已有技术是不适用的。目前主流的导航定位技术，都离不开激光传感器的加入。三维激光点云数量大，包含的环境信息丰富，非常适合点云配准的进行。但是同时，三维激光点云也面临数据量大，噪声和干扰多，难处理等问题。针对野外半结构果园环境，无法用于匹配定位的噪声点云大致有地面点云、动态障碍物点云、防护网点云(可选)这几类，其中地面点云包含形状易变的杂草，防止鸟类偷食的防护网时有时无，动态障碍物运动难以估计。噪声点云的存在，会影响到后续的点云配准环节，极大的降低了机器人的定位精度。因此，研究一种果园环境下的点云去噪方法，对于提高机器人定位精度有重要意义。
[0003]中国专利文献CN110415259A公开的一种点云处理方法，基于激光反射强度，对二维激光点云进行处理，可以滤除行人、建筑物、车道等物体，提取本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种融合地形特征的果园环境三维点云数据去噪方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，激光雷达扫描果园环境，采集三维激光点云信息，之后将激光点云按照激光线束分为上、下两半部分点云；步骤2，通过布滤波分别对上、下两半部分激光点云进行防护网拟合和地面拟合；步骤3，直接输出下半部分激光点云的地面拟合；对上半部分点云的防护网拟合进行防护网存在性判定，若判定为无防护网，则不对上半部分点云进行任何处理，否则输出上半部分激光点云的防护网拟合并执行下一步；步骤4，将三维激光点云投影到二维栅格平面，根据点云高程差进行判别，为激光点云打上地面杂草标记和防护网标记并滤除，将其他未标记的点云记为其他点云，并还原成三维点云；步骤5，对其他点云进行离群点噪声滤除；步骤6，根据帧间匹配结果，进行初次动态障碍物标记；步骤7，将三维点云投影到二维栅格平面，建立点云kd
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tree，根据高程差选取种子点，进行区域生长聚类；对于聚类结果，根据点云密度和高程差，进行动态障碍物的二次标记；步骤8，根据上述两次标记结果，进行融合可信度判定，标记动态障碍物点云并滤除，输出干净果树行点云。2.根据权利要求1所述的融合地形特征的果园环境三维点云数据去噪方法，其特征在于，步骤2所述通过布滤波分别对上、下两半部分点云进行防护网拟合和地面拟合，具体包括：步骤2
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1，对下半部分激光点云进行倒置；之后对上、下两半部分激光点云执行以下步骤：步骤2
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2，初始化布料网格，确定布粒子数；步骤2
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3，将所有激光点云和布粒子投影到水平面，在水平面中寻找每个布粒子对应的距离其最近的激光点云，两者组成点对，计算每个点对的高程差D，该高程差D用于限定每个布粒子能到达的最低位置；步骤2
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4，计算每个布粒子受重力影响下的位移X(t+Δt)：其中，m是粒子质量，G是重力加速度，Δt是时间步长，X(t)、X(t
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Δt)分别为t、t
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Δt时刻布粒子的位置；步骤2
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5，计算每个布粒子受内力影响下的位移：其中，表示粒子位移向量，b是粒子可否移动常数，分别表示粒子和其邻近粒子的当前位置坐标向量，为单位向量；步骤2
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6，计算每个布粒子受重力和内力影响下的位移总和，并与对应的高程差D进行比较，若位移总和超过高程差D，则返回迭代步骤2
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4和步骤2
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5，直至达到预设最大迭代次
数，否则结束迭代，得到布料网络模拟的平面。3.根据权利要求1或2所述的融合地形特征的果园环境三维点云数据去噪方法，其特征在于，步骤3中具体基于点云高程差对上半部分点云的防护网拟合进行防护网存在性判定，若防护网拟合中布粒子的高程差均大于预设阈值H，则判定为无防护网。4.根据权利要求3所述的融合地形特征的果园环境三维点云数据去噪方法，其特征在于，步骤4中将三维激光点云投影到二维栅格平面，根据点云高程差进行判别，为激光点云打上地面杂草标记和防护网标记，具体为：步骤4
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1，将三维激光点云投影到二维栅格平面，分别计算每个点云到步骤3输出的地面点云面、防护网点云面的距离，通过比较两个距离输出每个点云对应的最小距离；步骤4
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2，判断每个点云的最小距离是否小于防护网点云面或地面点云面对应的预设阈值，若是，则将该点云对应打上防护网标记或地面杂草标记并滤除，否则不进行标记。5.根据权利要求4所述的融合地形特征的果园环境三维点云数据去噪方法，其特征在于，步骤5所述对其他点云进行离群点噪声滤除，具体包括：计算每个点云指定半径范围内的点云数量，若点云数量小于预设阈值...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭健，陈欢，蔡云飞，王晓燕，张旭东，陈舒琳，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：