[发明专利]基于Kinect传感器深度图机器人工作环境不确定性地图构建法

摘要

一种基于Kinect传感器深度图的机器人工作环境不确定性地图构建方法：其特征在于：该方法包括有以下步骤：步骤（1）：机器人使用Kinect传感器采集深度数据；步骤（2）：对采集的深度数据进行预处理，得到深度数据图；步骤（3）：采集地面深度数据并进行地面模型提取；步骤（4）：对深度数据图进行地面模型剪切处理得到障碍物深度图，步骤（5）：对障碍物深度图进行检测并识别障碍区域，步骤（6）对障碍区和空闲区分析形成机器人工作环境的不确定性栅格地图。本发明可以准确的检测出周围环境并建立不确定性栅格地图，为机器人完成避障、导航、路径规划等其他任务提供了前提和条件。

主权项

1.一种基于Kinect传感器深度图机器人工作环境不确定性地图构建法，其特征在于：该方法包括有以下步骤：步骤(1)：机器人使用Kinect传感器采集深度数据；步骤(2)：对采集的深度数据进行预处理，得到深度数据图；步骤(3)：采集地面深度数据并进行地面模型提取；步骤(4)：对深度数据图进行地面模型剪切处理得到障碍物深度图，再对原深度数据图与障碍物深度图进行剪切处理得到地面深度图；步骤(5)：对障碍物深度图进行检测并识别障碍区域，对地面深度图进行检测并识别空闲区域；步骤(6)对障碍区和空闲区分析形成机器人工作环境的不确定性栅格地图；所述步骤(5)地图的区域分为空闲区，障碍区和未知区；空闲区设为所检测到的地面区域，障碍区设为所检测到有障碍物的区域，未知区域设为除了地面和障碍物的其他区域；以结构体来记录栅格信息；其中包括栅格的状态标识，栅格的置信度，栅格的颜色；具体操作包括如下步骤：空闲区域检测算法：空闲区域检测算法具体的实现步骤如下：(1)将Kinect采集到的深度数据和所得到的地面深度数据进行比较，若地面深度数据和采集到的深度数据之差小于一定阈值则保存地面深度数据，否则将数据置为0；所得到的为地面深度信息，将其映射到世界坐标系下并记录所占用的栅格信息；(2)利用公式(1)得到地面数据从图像坐标系转换为世界坐标系下的坐标；(3)判断地面数据在世界坐标系下属于哪个栅格，并记录该栅格；障碍区域检测算法：障碍物区域检测算法具体的实现步骤如下：(1)将Kinect采集到的深度数据与所得到的地面深度数据进行比较，若地面深度数据和采集到的深度数据之差小于一定阈值则将数据置为0，否则保留采集到的深度数据；所得到的为障碍物深度信息，将其进行深度数据列扫描分析后映射到世界坐标系下并记录所占用的栅格信息；(2)对得到的深度图用扫描法进行列扫描，以第一列为例：当扫到第一个非0数字时，记录该数字为第一个障碍物的种子点，当扫到第二个非0数字时，和第一个比较，若两者之差小于一定的阈值则两者合并为一个种子点，取两者的平均值为新的种子点；若两者之差超过一定的阈值则记录后者为新的种子点；直到扫描完一列为止；以结构体来记录每一列的障碍物信息，其中包括障碍物的个数，障碍物的距离，障碍物所包含的像素点的个数，障碍物顶端坐标，障碍物底端坐标；(3)不断重复步骤2得到所有列的所有不同的障碍物的各项信息，对不同的障碍物进行判断，除去障碍物所包含的像素点的个数小于一定阈值的所有障碍物；(4)根据步骤3得到一个横坐标为图像的像素点位置，纵坐标为实际距离的坐标系；(5)根据步骤4得到的坐标系再次转换为实际距离坐标下的障碍物显示；需要对图像坐标系到摄像机坐标系再到世界坐标系的转换；利用公式(1)得到障碍物数据从图像坐标系转换为世界坐标系下的坐标；dz＝depth(u,v)其中上式中dx表示像素点(u,v)相对中心位置(u0,v0)在X方向上的偏移距离，dz表示该点对应的深度距离，fx为摄像机的内部参数表示X方向的焦距，设为一个定值；(6)判断障碍物数据在世界坐标系下属于哪个栅格，并记录该栅格。