[发明专利]一种基于主动结构光的巡视器障碍探测方法

摘要

一种基于主动结构光的巡视器障碍探测方法，实现步骤包括环境感知、激光点提取、激光点快速匹配、激光点三维恢复、障碍判断。本发明能够在阴影区域或者缺乏纹理特征区域进行环境感知；利用结构光的先验信息进行快速匹配和三维恢复，计算量小，处理时间短，能够实现障碍物的快速识别和判断，可应用于巡视探测器或移动机器人的在线实时障碍探测。

主权项

1.一种基于主动结构光的巡视器障碍探测方法，其特征在于实现步骤如下：（1）环境感知在巡视器上安装能够投射出结构光的激光点阵器，根据巡视器所处的环境和激光点阵器的性能，设置相机积分时间，对巡视器的探测区域进行成像，获取含有一组激光点的左右相机图像对；对左右相机图像对进行分析，如果发现图像中激光点光斑不清晰，或者图像中有杂散光，则应该调整相机积分时间并重新成像，直到获取到激光点光斑清晰的图像；（2）激光点提取对步骤（1）中获得的左右相机图像对进行分析，设置灰度阈值T，将图像中灰度值大于灰度阈值T的像素点作为激光点，通过阈值分割的方法在图像上搜索激光点，根据设定的激光点光斑面积范围阈值[A_min,A_max]，剔除光斑面积大于A_min、小于A_max的伪激光点；另外，根据激光点阵器与相机的相对位置关系，推算出激光点在左右相机图像对中的分布范围，利用该先验知识，剔除由其他杂光在图像中引起的噪点；对于从左右相机图像对中提取出的激光点，计算激光点的能量中心，得到激光点能量中心在左右相机图像对中的像素坐标；（3）激光点快速匹配根据激光点阵器所投射的激光点的构型，利用步骤（2）中得到的激光点像素坐标对激光点进行归类排序，得到激光点分别在左右相机图像对中对应的编号，从而完成激光点的快速匹配；（4）激光点三维恢复结合相机参数，对步骤（3）中匹配出的各激光点的像素坐标进行校正，并求得各激光点在左右相机图像中的视差值D_i，式中，i=1,2,...,N,N为激光点阵器投射出的激光点的总个数；根据立体视觉视差测距的原理，利用各激光点在左右相机图像中的视差值D_i，计算各激光点在相机坐标系中的三维坐标(x_ci,y_ci,z_ci)，i=1,2,...,N；结合相机的安装及巡视器的姿态，求得由相机坐标系到水平坐标系的转换矩阵对激光点三维坐标进行如下坐标转换：[xri,yri,zri]T=Tcr[xci,yci,zci]T---(1)]]>从而得到激光点在水平坐标系下的三维坐标(x_ri,y_ri,z_ri)，i=1,2,...,N；（5）障碍判断利用步骤（4）得到的激光点在水平坐标系下的三维坐标(x_ri,y_ri,z_ri)进行平面拟合；计算拟合平面的法向量与垂直向量的夹角θ_p，θ_p即表示激光点投射区域的地形坡度，计算各激光点到拟合平面的高度差Δh_p，Δh_p即表示激光点投射区域的高度落差；根据巡视器的安全性能指标，设置地形坡度阈值P_safe和地形绝对高度阈值H_safe；根据激光点阵器的安装位置及激光点的构型，设置相对高度阈值H_rel；采用如下流程对激光点投射区域及各激光点的投射位置进行障碍判断：（51）进行相对高度判断：若Δh_p≤H_rel，则执行步骤（52）；否则，认为相对高度超限，执行步骤（53）；（52）进行坡度判断：若θ>P_safe，则认为坡度超限，激光点投射区域为斜坡障碍；否则，激光点投射区域为可安全通行区域；（53）计算每个激光点相对于水平面的绝对高度h_ri=z_ri-H₀，z_ri为公式（1）中的激光点在水平坐标系下的Z坐标，H₀为巡视器质心相对于水平面的高度，对每个激光点进行如下判断：若|h_ri|≤H_safe，则认为该激光点的投射位置安全；否则，绝对高度超限，认为该激光点的投射位置为障碍。