本發(fā)明涉及點(diǎn)云分割，具體涉及一種基于自適應(yīng)柵格劃分和強(qiáng)度信息的地面分割方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)，并不必然構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

2、近年來，移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用越來越多，工作場(chǎng)景也越來越復(fù)雜。slam（simultaneous?localization?and?mapping）是目前解決移動(dòng)機(jī)器人室內(nèi)外復(fù)雜環(huán)境感知的熱點(diǎn)，而激光雷達(dá)點(diǎn)云的地面分割是環(huán)境感知的基本任務(wù)，地面分割的主要目標(biāo)是將地面點(diǎn)與非地面點(diǎn)區(qū)分開，其準(zhǔn)確性直接影響定位與地圖構(gòu)建。

3、目前常見的激光點(diǎn)云地面分割方法主要基于點(diǎn)特征分析的方法和固定柵格劃分的方法?；邳c(diǎn)特征分析的方法是通過計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的法向量、高度信息、曲率等判斷是否屬于地面點(diǎn)；固定柵格劃分的方法，常見的有按照距離激光雷達(dá)的距離劃分不同大小的固定柵格和基于點(diǎn)云數(shù)量劃分固定柵格，然后對(duì)柵格中的點(diǎn)云進(jìn)行分析估計(jì)地面點(diǎn)。

4、然而，由于工作場(chǎng)景的復(fù)雜性，基于點(diǎn)特征分析的方法逐點(diǎn)計(jì)算耗時(shí)較長(zhǎng)，而且對(duì)噪聲點(diǎn)和稀疏區(qū)域敏感，容易導(dǎo)致誤判；固定柵格劃分的方法中固定大小的柵格無法適應(yīng)點(diǎn)云的局部分布特性，容易造成漏檢。而且上述兩種方法對(duì)于與地面相似區(qū)域的點(diǎn)云（例如路邊草地等）可能會(huì)錯(cuò)誤分割為地面，分割精度較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于自適應(yīng)柵格劃分和強(qiáng)度信息的地面分割方法及系統(tǒng)，能夠有效識(shí)別并分割道路和斜坡等地面情況，同時(shí)剔除路邊草地等干擾點(diǎn)云，提高地面分割的準(zhǔn)確性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于自適應(yīng)柵格劃分和強(qiáng)度信息的地面分割方法。

4、一種基于自適應(yīng)柵格劃分和強(qiáng)度信息的地面分割方法，包括以下過程：

5、獲取激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

6、對(duì)所述激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行高度和強(qiáng)度預(yù)處理，去除噪聲和無效點(diǎn)云，得到預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

7、對(duì)預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)柵格劃分得到平面柵格；

8、對(duì)所述平面柵格進(jìn)行柵格區(qū)域生長(zhǎng)得到地面柵格；

9、對(duì)所述地面柵格基于強(qiáng)度信息的柵格動(dòng)態(tài)分組，得到強(qiáng)度柵格類別；

10、對(duì)強(qiáng)度柵格類別進(jìn)行置信度修正，得到地面點(diǎn)和非地面點(diǎn)。

11、作為本發(fā)明第一方面進(jìn)一步的限定，對(duì)預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)柵格劃分得到平面柵格，包括：

12、根據(jù)預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在水平平面上，以激光雷達(dá)為中心，在激光雷達(dá)周圍劃分大小相同的初始柵格；

13、計(jì)算每個(gè)初始柵格的點(diǎn)云數(shù)量，判斷每個(gè)初始柵格內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)量n是否大于設(shè)定閾值，如否，則刪除初始柵格內(nèi)的點(diǎn)云，如是，則保留初始柵格內(nèi)的點(diǎn)云；

14、對(duì)于點(diǎn)云被保留下來的柵格，計(jì)算點(diǎn)云的協(xié)方差矩陣；

15、對(duì)協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解，得到三個(gè)特征值及其對(duì)應(yīng)的特征向量、和；

16、若最小的特征值小于特征值和特征值，且平面度小于平面度閾值，表明點(diǎn)云分布在一個(gè)平面上，則對(duì)應(yīng)的初始柵格不進(jìn)行劃分，直接標(biāo)記為平面柵格，否則以計(jì)算得到的初始柵格的質(zhì)心為中心，劃分為四個(gè)子?xùn)鸥瘢?/p>

17、當(dāng)某個(gè)子?xùn)鸥竦膭澐执螖?shù)大于最大劃分次數(shù)，或者，當(dāng)某個(gè)子?xùn)鸥裰悬c(diǎn)云數(shù)量小于或者等于設(shè)定閾值時(shí)，則將該子?xùn)鸥駱?biāo)記為非地面柵格，非地面柵格中的點(diǎn)云為非地面點(diǎn)；否則，對(duì)于點(diǎn)云被保留下來的柵格，繼續(xù)計(jì)算點(diǎn)云的協(xié)方差矩陣。

18、作為本發(fā)明第一方面更進(jìn)一步的限定，協(xié)方差矩陣p，包括：，其中，表示柵格內(nèi)第 i個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，是柵格內(nèi)點(diǎn)云的質(zhì)心，n表示柵格內(nèi)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

19、作為本發(fā)明第一方面更進(jìn)一步的限定，平面度，包括：，其中，為平面度閾值。

20、作為本發(fā)明第一方面進(jìn)一步的限定，對(duì)所述平面柵格進(jìn)行柵格區(qū)域生長(zhǎng)得到地面柵格，包括：

21、確定初始種子?xùn)鸥?，初始化種子?xùn)鸥裥蛄?，并將初始種子?xùn)鸥窦尤敕N子區(qū)域，對(duì)種子?xùn)鸥竦泥徲驏鸥褚来芜M(jìn)行法向量一致性和平面度約束判斷，計(jì)算鄰域柵格的法向量與當(dāng)前種子?xùn)鸥竦姆ㄏ蛄繆A角，若法向量夾角小于閾值，則認(rèn)為鄰域柵格方向與地面方向一致，將此鄰域柵格添加到種子區(qū)域，若此鄰域柵格平面度小于設(shè)定閾值，則將此鄰域柵格添加到種子?xùn)鸥裥蛄凶鳛楹罄m(xù)擴(kuò)展的種子?xùn)鸥瘢瑒h除當(dāng)前種子?xùn)鸥?，選取種子?xùn)鸥裥蛄兄械囊粋€(gè)種子?xùn)鸥窭^續(xù)執(zhí)行法向量一致性和平面度約束判斷，直至種子?xùn)鸥裥蛄袨榭眨?/p>

22、區(qū)域生長(zhǎng)完成之后，對(duì)所有得到的種子區(qū)域重新計(jì)算法向量，求解法向量與設(shè)定的地面法向量的夾角，若夾角大于設(shè)定閾值，則將該種子區(qū)域內(nèi)的柵格標(biāo)記為非地面點(diǎn)柵格，從平面柵格中去除，剩余的柵格標(biāo)記為地面柵格。

23、作為本發(fā)明第一方面更進(jìn)一步的限定，確定初始種子?xùn)鸥?，包括?/p>

24、從平面柵格中選擇激光雷達(dá)前后左右設(shè)定距離范圍內(nèi)的柵格作為初始種子?xùn)鸥竦暮蜻x柵格，計(jì)算各個(gè)候選柵格中點(diǎn)云的平均高度，若平均高度大于高度信息閾值，則判定不是地面柵格，去除所有的地面柵格后，將剩余的候選柵格分別計(jì)算平面度，并按照平面度的升序排列，選取平面度最小的柵格作為初始種子?xùn)鸥瘛?/p>

25、作為本發(fā)明第一方面進(jìn)一步的限定，對(duì)所述地面柵格基于強(qiáng)度信息的柵格動(dòng)態(tài)分組，得到強(qiáng)度柵格類別，包括：

26、遍歷所有地面柵格，計(jì)算每個(gè)地面柵格的平均強(qiáng)度值；

27、將所有地面柵格的平均強(qiáng)度值從小到大進(jìn)行排序，得到有序序列：

28、遍歷強(qiáng)度值有序序列，從第一個(gè)平均強(qiáng)度值最小的地面柵格開始，將相鄰地面柵格的平均強(qiáng)度值的差小于強(qiáng)度差閾值的地面柵格聚集在一起，若強(qiáng)度差大于強(qiáng)度差閾值，開始新的分組；

29、進(jìn)行所有地面柵格的分組，每個(gè)分組定義為一個(gè)強(qiáng)度柵格類別。

30、作為本發(fā)明第一方面更進(jìn)一步的限定，平均強(qiáng)度值，包括：，其中，為柵格內(nèi)第 i個(gè)點(diǎn)的強(qiáng)度值，n為柵格內(nèi)點(diǎn)云的總數(shù)量。

31、作為本發(fā)明第一方面進(jìn)一步的限定，對(duì)強(qiáng)度柵格類別進(jìn)行置信度修正，得到地面點(diǎn)和非地面點(diǎn)，包括：

32、以包含點(diǎn)云數(shù)量最多的強(qiáng)度柵格類別為高置信度的強(qiáng)度柵格，高置信度的強(qiáng)度柵格包含的點(diǎn)云都是地面點(diǎn)，其余強(qiáng)度柵格為低置信度的強(qiáng)度柵格；

33、針對(duì)任一個(gè)低置信度柵格，若此低置信度柵格的鄰域柵格有超過3個(gè)為高置信度柵格，則將此低置信度柵格修正為高置信度柵格，否則不進(jìn)行修正；

34、經(jīng)過置信修正后，高置信度柵格中的點(diǎn)云被標(biāo)記為地面點(diǎn)云，其余柵格中的點(diǎn)云標(biāo)記為非地面點(diǎn)云。

35、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于自適應(yīng)柵格劃分和強(qiáng)度信息的地面分割系統(tǒng)。

36、一種基于自適應(yīng)柵格劃分和強(qiáng)度信息的地面分割系統(tǒng)，包括：

37、點(diǎn)云獲取單元，被配置為：獲取激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

38、點(diǎn)云預(yù)處理單元，被配置為：對(duì)所述激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行高度和強(qiáng)度預(yù)處理，去除噪聲和無效點(diǎn)云，得到預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

39、柵格劃分單元，被配置為：對(duì)預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)柵格劃分得到平面柵格；

40、柵格區(qū)域生長(zhǎng)單元，被配置為：對(duì)所述平面柵格進(jìn)行柵格區(qū)域生長(zhǎng)得到地面柵格；

41、柵格動(dòng)態(tài)分組單元，被配置為：對(duì)所述地面柵格基于強(qiáng)度信息的柵格動(dòng)態(tài)分組，得到強(qiáng)度柵格類別；

42、柵格置信修正單元，被配置為：對(duì)強(qiáng)度柵格類別進(jìn)行置信度修正，得到地面點(diǎn)和非地面點(diǎn)。

43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

44、1、本發(fā)明創(chuàng)新性的提出了一種基于自適應(yīng)柵格劃分和強(qiáng)度信息的地面分割策略，采用了自適應(yīng)柵格劃分，將激光點(diǎn)云與平面度相關(guān)聯(lián)，有效減少計(jì)算量，提高計(jì)算效率，同時(shí)避免了部分區(qū)域中點(diǎn)云稀疏問題，從而提高了點(diǎn)云數(shù)據(jù)的柵格劃分合理性。

45、2、本發(fā)明通過對(duì)平面柵格進(jìn)行區(qū)域生長(zhǎng)，然后進(jìn)行法向量處理，得到地面柵格，有效提取出路面和斜坡等地平面；同時(shí)，基于強(qiáng)度信息對(duì)地面柵格進(jìn)行動(dòng)態(tài)分組得到強(qiáng)度柵格，從而準(zhǔn)確提取地面點(diǎn)，有效將地面之外的容易誤選為地面點(diǎn)的點(diǎn)云標(biāo)記出來。

46、3、本發(fā)明進(jìn)行了強(qiáng)度柵格置信度修正，更加準(zhǔn)確區(qū)分地面點(diǎn)和非地面點(diǎn)，提高了地面分割的精度。

47、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。