[发明专利]一种移动机器人基于激光测距仪的线特征地图创建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种移动机器人基于激光测距仪进行地图创建的方法，特别涉及一种基于激光测距仪的线特征地图创建方法，属于移动机器人地图创建技术领域。

背景技术

移动机器人通常是基于环境地图才能够实现定位和导航，所以地图创建是研究移动机器人的一个基本问题。通常环境地图的表示方法有：栅格地图，拓扑地图，以及特征地图。栅格地图易于创建和理解，但是当环境空间比较大时，地图的存储量将会增大，这样带来时间和空间复杂度的增加；机器人处于非结构化的环境中时，拓扑地图会带来机器人定位困难的问题，譬如在物理环境相似的地方通过拓扑地图很难判定是否为同一个节点。而特征地图的创建是以几何线段来拟合结构化的环境特征。

而针对激光测距仪扫描的数据点进行预处理时，由于量程及外部噪声的限制，一般实验中给出的是直接滤除噪声点，虽然可以达到减少计算量的要求，但是当环境比较复杂时，实验中移动机器人车轮之间滑动会给测量数据带来累积误差，这样地图中噪声点的个数会逐渐增多，直接滤除会给之后的线段拟合带来误差，导致地图的不精确。其中对于线段拟合Deriche等人提出的最小二乘线段拟合算法来完成这个任务。最小二乘法原理简单，使用直观但是计算比较复杂。针对特征墙角的提取引入Hough变换，它实现了从图像空间到参数空间的转换，与一般通过线段之间的斜率判定墙角相比，对于边界间断的问题有很好的容错性与鲁棒性，但是Hough空间中随着参数增加计算量较大。针对线段匹配目前给出了三个测试条件，只有当三个条件全部满足时认为线段匹配，限制条件较多。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种线特征地图创建的方法，能够有效提高线特征地图的准确性。

本发明为了解决上述技术问题具体采用以下技术方案：

一种移动机器人基于激光测距仪的线特征地图创建方法，包括以下步骤：

步骤（1），首先启动激光测距仪对外部环境进行扫描，再对扫描的激光数据进行预处理滤除噪声点后得到激光测量数据点集；

步骤（2），通过动态阈值法对激光测量数据点集进行区域分割，激光测量数据点集经过区域分割后分为N个区域块，其中N为大于1的自然数；

步骤（3），对各区域块内的数据点采用构建激光数据的后验指数分布，以黄金分割的方法进行数据的迭代进行拟合；

步骤（4），通过对特征墙角进行提取实现从图像空间到参数空间的转换，建立局部环境地图，通过匹配把局部环境地图融合到全局地图中以构建全局环境地图。

作为本发明的一种优选技术方案：步骤（1）所述对扫描的激光数据进行预处理滤除噪声点是采用均值滤波的方法。

作为本发明的一种优选技术方案：步骤（3）所述激光数据的后验指数分布，是以黄金分割的方法进行数据的迭代进行拟合，具体步骤为：

步骤（31）:取出一帧数据中的一个区域，对该区域中的n个数据点进行编号：X₁X₂…X_n-1X_n；

步骤（32）:连接点X₁,X_n建立线段L₁,假设数据点X₂…X_n满足指数分布，则点X_i的概率为p_i=1-e^-λd(^i-1)，i=2...n，n代表数据点的个数，λ为分布参数，d为相邻点之间的距离；

步骤（33）:计算点X₂…X_n-1X_n的不确定度H，取出当前环境中的一条已知线段，通过激光测距仪扫描后计算出直线上的数据点数m，利用公式计算出此时的不确定度阈值h，以此时的阈值h作为标准值，当H<h时，区域线段拟合用线段L₁近似；当H>h时，直线拟合失败，转到步骤（34）；

步骤（34）:对线段L₁进行黄金分割，截取线段L₁的0.618长度时，找出离此时线段L₁末端点最近的点X_i，连接点X₁和X_i建立直线L₂完成区域线段拟合；

步骤（35）：循环步骤(32)-步骤(34)，直至分割的所有区域块内的数据点完成拟合。