[发明专利]一种适用于低信噪比图像的障碍快速识别方法及系统

权利要求书

1.一种适用于低信噪比图像的障碍快速识别方法，其特征在于实现步骤如下：

(1)基于立体图像对生成三维地形数据；

具体为：

(1.1)首先构建一张空白的均匀网格地形图，并将地形图中的所有单元格标记为“未知单元”；

(1.2)根据双目立体视觉成像原理，利用图像匹配算法得到视差数据，计算图像中所有相对应像素点的三维坐标(x_i,y_i,z_i),i＝0,1,2,...,n，得到三维点云数据，其中n为三维点云中数据点的个数；

(1.3)在计算三维点云数据的同时，用计算出的三维点的(x_i,y_i)坐标对网格地形图的相应单元格进行填充，每个单元格仅存储三维点z_i坐标的均值；

(1.4)当所有三维点云数据计算完成后，整个网格地形图的数据生成也相应完成；

均匀网格地形图的大小至少覆盖图像所能恢复地形的范围；

所述图像匹配算法为稠密特征匹配；

匹配得到的三维坐标(x_i,y_i,z_i),i＝0,1,2,...,n描述在水平坐标系下，该坐标系定义为：原点位于巡视探测器质心，X_R轴为巡视探测器前进方向在水平面上的投影，Y_R轴在水平面上与X_R轴垂直，指向巡视探测器的右侧，Z_R轴与X_R轴、Y_R轴满足右手定则；

(2)对所述三维地形数据进行滤波，并在滤波的同时计算地形统计信息；

具体为：

对生成的均匀网格地形图，选取预设大小的滑动窗口，对均匀网格数据进行平滑滤波，从而完成三维地形数据的滤波；所述平滑滤波采用中值滤波算法；

计算地形统计信息包括：数据点个数N、和其中，(x_ci,y_ci)为单元格中心点坐标，z_ci为每个单元格存储的z_i坐标的均值；

(3)基于地形统计信息的障碍识别；

具体为：

(3.1)针对均匀网格地形图的每个单元格，结合巡视探测器的结构尺寸和运动能力约束，利用步骤(2)得到的相应的地形统计信息，进行地形可通过性计算，求得每个单元格对应的适宜度，得到一张适宜度地图；

(3.2)将适宜度地图中适宜度高于预设阈值的单元格标记为“可通行单元”，适宜度低于预设阈值的单元格标记为“不可通行单元”，没有被三维地形数据覆盖的单元格仍然为“未知单元”；

(3.3)将标记为“不可通行单元”和“未知单元”的单元格按照连通性进行聚类，得到若干个连通区域，同一个连通区域视为同一个障碍，并对其进行编号，从而完成整个三维地形的障碍识别；

利用地形统计信息，进行地形可通过性计算，求得每个单元格对应的适宜度，具体为：

(a)计算以当前单元格为中心、大小为巡视探测器尺寸包络的一个地形块中的地形统计信息，记为S_ph，即

(b)利用S_ph对步骤(a)中所述地形块进行平面拟合，平面方程为Z＝k₁+k₂X+k₃Y，由下式计算出平面方程参数：

(c)利用得到的平面方程参数，分别计算平面的坡度、粗糙度和高度落差，其中，平面的坡度θ_pl由下式计算：

平面粗糙度为地形块中所有数据点到拟合平面距离的均方差，平面高度落差为地形块中所有数据点到拟合平面距离的最大值与最小值的差；

(d)利用平面的坡度θ_pl、粗糙度σ_pl和高度落差Δh，结合巡视探测器的运动能力、越障能力参数，由下式计算所述地形块对应的地形可通过性综合评价值G_cl：

其中，α₁、α₂和α₃为加权系数，θ_max、σ_max和h_max为巡视探测器可通过的最大坡度、粗糙度和障碍高度；地形可通过性综合评价值G_cl即为当前单元格的适宜度。

2.一种根据权利要求1所述障碍快速识别方法实现的障碍快速识别系统，其特征在于包括：

三维地形数据生成模块：基于立体图像对生成三维地形数据；

具体为：

首先构建一张空白的均匀网格地形图，并将地形图中的所有单元格标记为“未知单元”；

根据双目立体视觉成像原理，利用图像匹配算法得到视差数据，计算图像中所有相对应像素点的三维坐标(x_i,y_i,z_i),i＝0,1,2,...,n，得到三维点云数据，其中n为三维点云中数据点的个数；

在计算三维点云数据的同时，用计算出的三维点的(x_i,y_i)坐标对网格地形图的相应单元格进行填充，每个单元格仅存储三维点z_i坐标的均值；

当所有三维点云数据计算完成后，整个网格地形图的数据生成也相应完成；

地形统计模块：对所述三维地形数据进行滤波，并在滤波的同时计算地形统计信息；对生成的均匀网格地形图，选取预设大小的滑动窗口，对均匀网格数据进行平滑滤波，从而完成三维地形数据的滤波；所述平滑滤波采用中值滤波算法；

障碍识别模块：基于地形统计信息的障碍识别；

具体为：

针对均匀网格地形图的每个单元格，结合巡视探测器的结构尺寸和运动能力约束，利用相应的地形统计信息，进行地形可通过性计算，求得每个单元格对应的适宜度，得到一张适宜度地图；

将适宜度地图中适宜度高于预设阈值的单元格标记为“可通行单元”，适宜度低于预设阈值的单元格标记为“不可通行单元”，没有被三维地形数据覆盖的单元格仍然为“未知单元”；

将标记为“不可通行单元”和“未知单元”的单元格按照连通性进行聚类，得到若干个连通区域，同一个连通区域视为同一个障碍，并对其进行编号，从而完成整个三维地形的障碍识别。