[发明专利]一种基于变尺寸栅格地图的船载激光雷达障碍物检测方法

说明书

本发明涉及激光雷达障碍物检测领域，特别是涉及一种基于变尺寸栅格地图的无人船载激光雷达障碍物检测方法。该方法在建立栅格尺寸线性增长的变尺寸栅格地图后，结合高度差判别法以及八邻域联通分量标记法进行栅格划分及聚类，通过盒子模型进行障碍物信息提取，较好地解决了固定尺寸栅格地图未能有效结合点云近密远疏的特点对点云数据进行处理而造成障碍物检测精度低的问题，得出更加精确的障碍物检测结果，为无人船避障提供数据支撑。

技术领域

本发明涉及激光雷达障碍物检测领域，特别是涉及一种基于变尺寸栅格地图的无人船载激光雷达障碍物检测方法。

背景技术

激光雷达具有测距精度高、受环境因素影响小及全天候工作的特点，非常适合用于无人船障碍物检测。由于激光雷达点云近密远疏，基于栅格地图的海上障碍物检测的精度就会受到栅格尺寸合理选取的直接影响。传统技术是通过固定尺寸的栅格地图对点云数据进行处理并得出障碍物检测结果，此种方法由于未能有效结合点云近密远疏的特点对点云数据进行处理，导致处理过程中栅格划分及聚类效果较差，障碍物检测结果不精确。

针对点云近密远疏的特点造成栅格尺寸难以合理选取的问题，有人提出了一种根据障碍物总体数量及处理时间选取栅格尺寸的方法，其中栅格尺寸与障碍物总体数量及处理时间均为反比关系，在综合考虑障碍物总体数量及处理时间后选取合适的栅格尺寸来进行障碍物检测，此方法仅考虑了障碍物总体数量及处理时间两种因素，未考虑距离因素，难以在远距离处分布有多个障碍物等情况下实现精确的障碍物检测，还有人通过建立两个不同栅格尺寸的栅格地图来对障碍物进行检测，先通过较大栅格尺寸的栅格地图初步得到障碍物相关信息，再通过较小栅格尺寸的栅格地图对其进行进一步地处理，最后得出障碍物检测结果。此方法计算过程复杂，处理时间较长，降低了检测的实时性。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于变尺寸栅格地图的激光雷达障碍物检测方法，在建立栅格尺寸线性增长的变尺寸栅格地图后，结合高度差判别法以及八邻域联通分量标记法进行栅格划分及聚类，通过盒子模型进行障碍物信息提取，较好地解决了固定尺寸栅格地图未能有效结合点云近密远疏的特点对点云数据进行处理而造成障碍物检测精度低的问题。基于变尺寸栅格地图进行障碍物检测的算法流程如图1所示。

本发明所采用的具体技术方案包括如下步骤：

步骤1，建立变尺寸栅格地图并进行点云投影，具体实现过程如下：

步骤1.1，以无人船为坐标原点，结合激光雷达的检测范围建立栅格尺寸呈线性增长的栅格地图，栅格地图的大小用R*R(m)来表示，对应X、Y的坐标范围即为-R/2～R/2。以X正半轴的栅格的长度取值为例，设定从坐标原点至R/2处的栅格的长度从a₁线性增长至a_n，可由公式(1)得到在X正半轴内栅格长度增长范围、栅格数量与栅格地图大小之间的关系。

其中，a₁为原点处栅格的长度；a_n为X轴坐标为R/2处栅格的长度；d为栅格长度增长的公差；n为栅格数量。栅格长度取值示意图如图2所示。

步骤1.2，由公式(1)可知在栅格地图大小及栅格增长范围确定以后，即可求得相应的栅格数量n及栅格增长的公差d，计算方法如式(2)所示。