CN109870705B - 基于激光雷达的边界目标标识方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于激光雷达的边界目标标识方法及装置，该边界目标标识方法包括：步骤10：根据激光雷达获取的其与目标物之间的目标距离数据与该激光雷达的相对位置获取激光入射角度；步骤20：基于激光雷达获取的目标回波信号强度和目标距离数据确定目标物的反射强度；步骤30：根据所述激光入射角度和目标物的反射强度判断对应的目标物是否属于干扰激光定位导航的边界目标，若是，则进入步骤40；步骤40：对所述目标物进行目标信息标识。本发明既能返回距离数据，又能返回目标回波信号强度的激光雷达，并能够有效避免对机器人定位导航产生干扰的影响，可靠地提高了机器人的运行安全和工作效率。

Description

基于激光雷达的边界目标标识方法及装置

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种基于激光雷达的边界目标标识方法及装置。

背景技术

服务机器人导航的原理是：通过激光雷达获取机器人周边环境的距离信息，利用SLAM(即时定位与地图构建)技术，构建环境的地图并实时更新。SLAM技术，可以描述为：机器人在未知环境中从一个未知位置开始移动，在移动过程中根据位置估计和传感器数据进行自身定位，同时建造增量式地图。服务机器人的工作必须有一个完整的地图，并且必须让机器人能够知道自己在地图中的位置。

机器人SLAM技术的主要传感器是激光雷达，通过激光雷达可以获取目标的距离信息，并通过算法拟合出目标的拟合曲线，通过目标的拟合曲线可以构建动态的地图，同时动态识别障碍物的移动。

在实际应用中，环境中容易存在特定的边界目标，主要指玻璃外墙和镜面反射面等。激光雷达在扫描到这些目标的时候，虽然这些目标在激光雷达的测距量程内，却会出现大部分时候不能扫描到目标的情况。例如，一面透光率较高的玻璃幕墙，激光雷达在距离目标很近的距离，能够探测到玻璃，但是当激光雷达距离玻璃幕墙较远的时候，就会扫描不到目标或者只能扫到零星的几个数据点。另例如，一面光滑的不锈钢面或者高亮的瓷砖面，在近距离会出现与目标并不垂直的时候，很难测到，而与目标垂直的时候就可以测到。

这两类特殊目标会产生一种对机器人定位导航产生干扰的影响，例如当机器人在近处扫描到该特殊边界目标的时候，会将目标定义为一面墙或者障碍物，但是当机器人离目标较远的时候，又会判定为目标已经不存在，扫描区域是空旷的。这样的问题对现有机器人造成的影响主要在于，如果一个区域是空旷的，机器人在规划导航路径的时候可能会选择穿过这个区域。但是当机器人到这个区域时，又发现存在障碍，就必须重新规划路径，这样就可能不是最优路径，影响机器人的工作效率。

另一个存在的问题是，如果标注目标区域为空旷区域，机器人在运行过程中可能以较高的速度朝目标前进，当激光雷达探测到目标的时候，可能机器人离目标已经非常近，必须急停减速，甚至有可能出现事故，影响机器人的安全。

现有应用中，一般通过在地图构建的过程中通过人工划线的方式来标识特殊边界目标，或者通过超声波传感器等其他传感器进行配合，才能达到避障的目的。这样的方法影响了机器人工作的效率，也增加了系统的成本。

相似专利——对象运动的基于激光雷达的分类，利用激光雷达的点云数据映射到三维空间中，将点云聚集的簇标识为对象，随着时间变化对象的分布变化评估对象，将对象分类为运动或静止。该专利内容主要应用于汽车交通领域，在车辆行进过程中用于对象检测、回避和导航。

相似专利只用于对目标是运动和静止分类，并不能判断目标是否会对激光定位导航造成干扰，且现有技术的主要缺点在于当前激光雷达能够提供的数据一般都是距离数据，并没有提供回波信号强度数据。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种基于激光雷达的边界目标标识方法及装置，既能返回距离数据，又能返回目标回波信号强度的激光雷达，并能够有效避免对机器人定位导航产生干扰的影响，可靠地提高了机器人的运行安全和工作效率。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种基于激光雷达的边界目标标识方法，所述边界目标标识方法包括：

步骤10：根据激光雷达获取的其与目标物之间的目标距离数据与该激光雷达的相对位置获取激光入射角度；

步骤20：基于激光雷达获取的目标回波信号强度和目标距离数据确定目标物的反射强度；

步骤30：根据所述激光入射角度和目标物的反射强度判断对应的目标物是否属于干扰激光定位导航的边界目标，若是，则进入步骤40；

步骤40：对所述目标物进行目标信息标识。

进一步地，在步骤10之前，所述边界目标标识方法还包括：

步骤A1：固定设置激光雷达和位于该激光雷达的最小量程位置处的反射面；

步骤A2：在当前位置处，从最低标准反射强度到最高反射强度，依次更换所述反射面，并记录不同反射强度的反射面的信号强度；

步骤A3：以相同的距离间隔依次移动所述反射面，并在每次移动所述反射面后，均返回步骤A2，直到其与所述激光雷达之间的距离等于给定阈值后，进入步骤A4；

步骤A4：分别将距离相同且反射强度不同的信号强度进行三次样条插值，以及，将距离不同且反射强度相同的信号强度进行三次样条插值，得到用于反映所述反射强度、信号强度和距离之间的对应关系的第一查找表；

相对应的，所述步骤20包括：

基于激光雷达获取的目标回波信号强度和目标距离数据，在所述第一查找表中确定目标物的反射强度。

进一步地，在步骤10之前，所述边界目标标识方法还包括：

步骤B1：在与目标物之间的距离小于所述给定阈值的位置处固定所述激光雷达的出射光与目标物之间的夹角，并测量得到所述目标物的反射强度；

步骤B2：改变所述激光雷达与所述目标物之间的相对夹角，并重复执行步骤B1，测量得到不同入射夹角下的目标物的反射强度；

步骤B3：更换不同反射率的目标物，并重复执行步骤B1和B2，计算得到不同目标物的类型、反射强度和激光入射角度之间的变化规律，并生成用于反映不同目标物的类型、反射强度及激光入射角度之间的对应关系的第二查找表；

相对应的，所述步骤30包括：

根据所述激光入射角度和目标物的反射强度，在所述第二查找表中判断对应的目标物是否属于干扰激光定位导航的边界目标，若是，则进入步骤40。

进一步地，所述步骤10包括：

步骤11：所述激光雷达获取其与目标物之间的目标距离数据；

步骤12：判断所述激光雷达获取的目标距离数据的值是否小于所述给定阈值；

若是，则进入步骤13；

步骤13：根据所述目标距离数据拟合生成目标拟合曲线，并根据该目标拟合曲线与所述激光雷达的相对位置计算得到所述激光入射角度。

进一步地，所述边界目标标识方法还包括：确定所述给定阈值，具体包括：

步骤C1：通过将透过率超过第一预设百分比的玻璃面板垂直于所述激光雷达发出的入射激光方向放置，并由远及近地向该激光雷达移动；

步骤C2：所述激光雷达测量所述玻璃面板，并通过最小二乘法拟合激光雷达检到该玻璃面板的曲线，当该曲线长度大于一米时停止，此时所述激光雷达与该玻璃面板之间的距离即为所述给定阈值。

进一步地，所述步骤13包括：

根据所述目标距离数据，通过最小二乘法拟合出目标拟合曲线；

若所述目标拟合曲线为直线，则在平面坐标系中连接所述激光雷达与测量点的直线，该直线与目标拟合曲线的夹角即为所述激光入射角度；

若目标拟合曲线为曲线，则在平面坐标系中连接激光雷达与测量点的直线，该直线与目标拟合曲线的经过测量点的切线的夹角即所述激光入射角度。

进一步地，所述步骤B3中的不同目标物的类型、反射强度和激光入射角度之间的变化规律，包括：

(1)不同激光入射角度所对应的反射强度均一致，且反射强度均小于透过率为第一预设百分比的玻璃面板的反射强度；

(2)在第一预设角度范围内的激光入射角度所对应的反射强度，均大于透过率为第一预设百分比的玻璃面板的反射强度；其他不在第一预设角度范围内的激光入射角度所对应的反射强度，均小于透过率为第一预设百分比的玻璃面板的反射强度。

第二方面，本发明还提供一种基于激光雷达的边界目标标识系统，所述边界目标标识系统包括：

激光入射角度获取模块，用于根据激光雷达获取的其与目标物之间的目标距离数据与该激光雷达的相对位置获取激光入射角度；

反射强度确定模块，用于基于激光雷达获取的目标回波信号强度和目标距离数据确定目标物的反射强度；

边界目标判断模块，用于根据所述激光入射角度和目标物的反射强度判断对应的目标物是否属于干扰激光定位导航的边界目标，若是，则进入目标信息标识模块；

目标信息标识模块，用于对所述目标物进行目标信息标识。

第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述基于激光雷达的边界目标标识方法的步骤。

第四方面，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述基于激光雷达的边界目标标识方法的步骤。

由上述技术方案可知，本发明提供的基于激光雷达的边界目标标识方法及装置，该边界目标标识方法包括：步骤10：根据激光雷达获取的其与目标物之间的目标距离数据与该激光雷达的相对位置获取激光入射角度；步骤20：基于激光雷达获取的目标回波信号强度和目标距离数据确定目标物的反射强度；步骤30：根据所述激光入射角度和目标物的反射强度判断对应的目标物是否属于干扰激光定位导航的边界目标，若是，则进入步骤40；步骤40：对所述目标物进行目标信息标识。本发明既能返回距离数据，又能返回目标回波信号强度的激光雷达，并能够有效避免对机器人定位导航产生干扰的影响，可靠地提高了机器人的运行安全和工作效率，能够帮助服务机器人对周边环境获取更多的数据，帮助机器人识别特殊的目标类型，例如高反、高透的墙壁等，防止机器人将目标识别为无障碍区域进行处理；解决当前机器人地图构建过程中，需要人为添加虚拟墙等问题，提升机器人工作效率，提高机器人工作的安全性；同时，为机器人的环境提供更多有用的信息，方便机器人的各项功能开发。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的基于激光雷达的边界目标标识方法的流程示意图；

图2是本发明的应用实例1中的集成于激光雷达的用于服务机器人导航应用的反射强度标定方法流程示意图；

图3是本发明的应用实例2中的基于激光雷达的边界目标标识方法流程示意图；

图4是本发明的应用实例2中的基于激光雷达的边界目标标识方法的第一原理示意图；

图5是本发明的应用实例2中的基于激光雷达的边界目标标识方法的第二原理示意图；

图6是本发明的应用实例3中的基于激光雷达的边界目标标识方法流程示意图；

图7是本发明的应用实例3中的基于激光雷达的边界目标标识方法原理示意图；

图8是本发明的应用实例3中的基于激光雷达的边界目标标识方法原理示意图；

图9是本发明的应用实例4中的基于激光雷达的边界目标标识方法机器人导航应用现有技术示意图；

图10是本发明的应用实例5中的基于激光雷达的边界目标标识方法机器人导航应用本发明技术示意图；

图11是本发明的基于激光雷达的边界目标标识系统的结构示意图；

图12是本发明的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于激光雷达中的用于服务机器人导航应用的边界目标标识方法。通过激光雷达计算得到的距离信息，当目标距离小于给定阈值时，开始对目标进行标识操作。该距离阈值通过对透过率大于85％的高透光玻璃进行测试得到，测试方法为将玻璃固定，将激光雷达由远及近，当激光雷达能够测到玻璃面板一米宽范围内完整的数据点时停止，此时激光雷达距离玻璃面板的垂直距离即该距离阈值。

目标识别操作的第一步是记录目标周边数据，通过距离信息的目标数据点拟合目标拟合曲线。拟合方法为最小二乘法，它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳匹配函数。

在平面坐标系中，在目标拟合曲线为直线的情况下，连接激光雷达与测量点的直线，与目标拟合曲线的夹角即目标探测激光入射角度；在目标拟合曲线为曲线的情况下，连接激光雷达与测量点的直线，与目标拟合曲线的经过测量点的切线的夹角即目标探测激光入射角度。从激光雷达获取目标回波信号强度，利用信号强度和距离计算目标的反射强度，并将目标的反射强度和激光入射角度一起保存。目标的反射强度通过多次试验测量的数据，经过三次拟合得到查找表。其中，测量方法为对将不同反射强度的面板放置在不同的距离进行测定，例如在1米远处，测量不同的反射面的信号回波强度，再在2米远处测量不同的反射面的信号回波强度。通过多次测量的方法，对距离的数据、信号强度、反射强度进行关联，得到反射强度与距离和信号强度的查找表。

本发明的基于激光雷达的边界标识方法应用于服务机器人领域，服务机器人在构建地图的过程中，会对机器人的运行环境进行一次完整的扫描，在激光雷达通过一次完整的不同角度的对目标的扫描之后，根据目标与激光雷达不同角度反射强度的变化规律，进一步识别目标是否属于对激光定位导航有干扰的边界目标。该匹配方法的特征主要在于，不同目标的反射强度变化规律通过多次试验分析得到一个查找表，在服务机器人应用领域，存在一些特殊的表面材质会对机器人的导航以及目标避障产生较大的影响。本发明涉及到的对激光定位导航存在特殊影响的边界目标，包括但不限于玻璃幕墙、高反镜面墙壁(高亮瓷砖、不锈钢墙面等)，对于这几类目标，对于不同目标在适当范围内进行多次测量，记录目标的反射强度随入射光线角度变化规律，生成一张查找表。当激光雷达识别出目标属于对激光定位导航存在干扰的边界目标之后，对目标进行标识并传送给机器人控制系统。

本发明的实施例一提供一种基于激光雷达的边界目标标识方法的具体实施方式，参见图1，所述边界目标标识方法具体包括如下内容：

步骤10：根据激光雷达获取的其与目标物之间的目标距离数据与该激光雷达的相对位置获取激光入射角度。

在步骤10中，基于激光雷达的边界目标标识系统中的激光入射角度获取模块首先控制安装在目标机器人上的激光雷达获取该目标机器人与目标物之间的目标距离数据，并根据所述目标距离数据与该激光雷达的相对位置获取激光入射角度。

可以理解的是，若目标机器人与目标物之间的距离数据小于给定阈值，则将该距离数据确认为所述目标距离数据，否则，则确定当前不适用于边界目标标识。

可以理解的是，利用激光雷达扫描到的到目标拟合曲线的距离信息，通过最小二乘法拟合出目标拟合曲线，在平面坐标系中，在目标拟合曲线为直线的情况下，连接激光雷达与测量点的直线，与目标拟合曲线的夹角即目标探测激光入射角度；在目标拟合曲线为曲线的情况下，连接激光雷达与测量点的直线，与目标拟合曲线的经过测量点的切线的夹角即目标探测激光入射角度。

步骤20：基于激光雷达获取的目标回波信号强度和目标距离数据确定目标物的反射强度。

在步骤20中，基于激光雷达的边界目标标识系统中的反射强度确定模块基于激光雷达获取的目标回波信号强度和目标距离数据确定目标物的反射强度。

可以理解的是，利用激光雷达获取目标距离数据和回波信号强度是指利用激光雷达扫描测量激光雷达到目标的距离，利用激光雷达测量目标激光回波信号的强度；所述回波信号强度是通过积分计算回波信号的面积得到。

步骤30：根据所述激光入射角度和目标物的反射强度判断对应的目标物是否属于干扰激光定位导航的边界目标，若是，则进入步骤40，否则，则无法进行目标信息识别。

在步骤30中，基于激光雷达的边界目标标识系统中的边界目标判断模块根据所述激光入射角度和目标物的反射强度判断对应的目标物是否属于干扰激光定位导航的边界目标。

步骤40：对所述目标物进行目标信息标识。

在步骤40中，基于激光雷达的边界目标标识系统中的目标信息标识模块对所述目标物进行目标信息标识。

从上述描述可知，本发明的实施例所提供的基于激光雷达的边界目标标识方法，既能返回距离数据，又能返回目标回波信号强度的激光雷达，并能够有效避免对机器人定位导航产生干扰的影响，可靠地提高了机器人的运行安全和工作效率。

在一种具体实施方式中，所述步骤10之前还包括如下内容：

步骤A1：固定设置激光雷达和位于该激光雷达的最小量程位置处的反射面。

步骤A2：在当前位置处，从最低标准反射强度到最高反射强度，依次更换所述反射面，并记录不同反射强度的反射面的信号强度；

步骤A3：以相同的距离间隔依次移动所述反射面，并在每次移动所述反射面后，均返回步骤A2，直到其与所述激光雷达之间的距离等于给定阈值后，进入步骤A4。

步骤A4：分别将距离相同且反射强度不同的信号强度进行三次样条插值，以及，将距离不同且反射强度相同的信号强度进行三次样条插值，得到用于反映所述反射强度、信号强度和距离之间的对应关系的第一查找表。

可以理解的是，所述的给定阈值是通过将透过率超过85％的玻璃面板垂直于入射激光方向放置，并由远及近向激光雷达移动，激光雷达测量玻璃面板，通过最小二乘法拟合玻璃面板的被激光雷达检测到的曲线，当曲线长度大于一米时停止，此时激光雷达距离玻璃面板的距离即为给定阈值。

相对应的，所述步骤20具体包括如下内容：

基于激光雷达获取的目标回波信号强度和目标距离数据，在所述第一查找表中确定目标物的反射强度。

从上述描述可知，本发明的实施例所提供的基于激光雷达的边界目标标识方法，通过第一查找表的准确获取，能够有效避免对机器人定位导航产生干扰的影响，可靠地提高了机器人的运行安全和工作效率。

在一种具体实施方式中，所述步骤10之前还包括如下内容：

步骤B1：在与目标物之间的距离小于所述给定阈值的位置处固定所述激光雷达的出射光与目标物之间的夹角，并测量得到所述目标物的反射强度。

步骤B2：改变所述激光雷达与所述目标物之间的相对夹角，并重复执行步骤B1，测量得到不同入射夹角下的目标物的反射强度。

步骤B3：更换不同反射率的目标物，并重复执行步骤B1和B2，计算得到不同目标物的类型、反射强度和激光入射角度之间的变化规律，并生成用于反映不同目标物的类型、反射强度及激光入射角度之间的对应关系的第二查找表。

在步骤B3中，不同目标物的类型、反射强度和激光入射角度之间的变化规律，包括：

(1)不同激光入射角度所对应的反射强度均一致，且反射强度均小于透过率为第一预设百分比的玻璃面板的反射强度；

(2)在第一预设角度范围内的激光入射角度所对应的反射强度，均大于透过率为第一预设百分比的玻璃面板的反射强度；其他不在第一预设角度范围内的激光入射角度所对应的反射强度，均小于透过率为第一预设百分比的玻璃面板的反射强度。

在一种具体举例中，所述第一预设百分比为85％，所述第一预设角度范围为90±5度；所述变化规律，一种是不同角度的反射强度一致，都小于85％透过率玻璃面板的反射强度；另一种是反射强度在入射角度为90±5度时反射强度大于85％透过率玻璃面板的反射强度，其他角度反射强度小于85％透过率玻璃面板的反射强度。

相对应的，所述步骤30包括：

根据所述激光入射角度和目标物的反射强度，在所述第二查找表中判断对应的目标物是否属于干扰激光定位导航的边界目标，若是，则进入步骤40。

在一种具体实施方式中，所述步骤10具体包括如下内容：

步骤11：所述激光雷达获取其与目标物之间的目标距离数据；

步骤12：判断所述激光雷达获取的目标距离数据的值是否小于所述给定阈值；

若是，则进入步骤13；

步骤13：根据所述目标距离数据拟合生成目标拟合曲线，并根据该目标拟合曲线与所述激光雷达的相对位置计算得到所述激光入射角度。

在步骤13中，根据所述目标距离数据，通过最小二乘法拟合出目标拟合曲线；若所述目标拟合曲线为直线，则在平面坐标系中连接所述激光雷达与测量点的直线，该直线与目标拟合曲线的夹角即为所述激光入射角度；若目标拟合曲线为曲线，则在平面坐标系中连接激光雷达与测量点的直线，该直线与目标拟合曲线的经过测量点的切线的夹角即所述激光入射角度。

在一种具体实施方式中，所述边界目标标识方法还包括：确定所述给定阈值，具体包括：

步骤C1：通过将透过率超过第一预设百分比的玻璃面板垂直于所述激光雷达发出的入射激光方向放置，并由远及近地向该激光雷达移动；

步骤C2：所述激光雷达测量所述玻璃面板，并通过最小二乘法拟合激光雷达检到该玻璃面板的曲线，当该曲线长度大于一米时停止，此时所述激光雷达与该玻璃面板之间的距离即为所述给定阈值。

也就是说，首先利用激光雷达获取目标距离数据和回波信号强度，当目标距离值小于给定阈值时，执行S2步骤，当大于给定阈值时不进行标识；然后根据目标距离数据拟合目标拟合曲线，根据目标拟合曲线与激光雷达相对位置计算激光入射角度；并根据目标距离和目标回波信号强度通过查找表获得目标的反射强度；根据目标反射强度和角度的变化规律判断目标是否属于对激光定位导航存在干扰的边界目标；根据步骤S4获得的目标信息对目标进行标识。

为进一步的说明本方案，本发明还提供基于激光雷达的边界目标标识方法的具体应用实例，所述边界目标标识方法的具体应用实例包括如下内容：

应用实例1(反射强度查找表标定方法)：

本应用实例1提供了一种基于激光雷达的边界目标标识方法，应用于服务机器人导航应用方面。参见图2，该应用实例1包括一种反射强度标定的方法，通过标定获得一张反射强度与目标距离的查找表。该方法包括：

S11：在空旷无特殊杂散光影响的环境中，将激光雷达固定于固定的位置。

S12：将反射面位置固定于激光雷达量程最小位置D1。

S13：将反射面从最低标准反射强度到最高反射强度的反射面逐渐更换，记录不同反射面在该距离下的信号强度。

S14：将反射面的位置按固定间隔d逐渐移动，直到激光雷达的给定阈值所给定的距离，该特定阈值通过将透过率超过85％的高透玻璃放由远及近移动，当激光雷达检测玻璃面板得到的曲线长度达到1米时，此时激光雷达与玻璃面板的距离即该阈值。在不同位置重复S13步骤。

S15：将同距离不同反射强度的信号强度进行三次样条插值。

S16：将同反射强度不同距离信号强度进行三次样条插值。

S17：构建反射强度关于信号强度和距离相关的查找表。

应用实例2(标识玻璃墙壁为特殊目标)：

本发明应用实例2提供了一种基于激光雷达的边界目标标识方法，应用于服务机器人导航应用方面，集成于激光雷达内部。参见图3，该应用实例2至少包含一个激光雷达，应用于服务机器人导航应用领域。该方法包括：

S21：激光雷达与目标距离小于给定阈值，激光雷达通过激光驱动向目标发射激光脉冲信号，通过APD接收放大模块接受回波信号，将回波信号传入高速ADC采样，通过测得的发射时刻和接收时刻，计算得到飞行时间，通过测得回波信号波形，积分计算波形面积得到目标的回波信号强度。

S22：通过飞行时间，计算得到目标的距离，根据目标及目标周边距离信息，通过最小二乘法拟合得到目标的拟合曲线，分析目标是否属于平面墙壁，计算目标拟合曲线与入射角度。

S23：通过查表法获得目标的反射强度，将目标的反射强度与入射角度一起存储。

S24：根据目标反射强度随角度变化的规律，分析目标是否属于反射强度各角度接近的目标，如果属于反射强度各角度接近一致的目标，则通过阈值判断是否属于类玻璃的低反射强度的目标，如果目标反射强度低于给定阈值，则判断为类玻璃的目标。

S25：结合S4信息和目标拟合曲线，对目标进行标识，该实例中，会将玻璃幕墙标识为特殊目标，有助于服务机器人获取环境更多数据信息。

参见图4、图5，其列举了机器人在不同角度扫描目标的一个例子。

A31、A41：服务机器人，在移动过程中，离目标距离在激光雷达的测距范围内。

A32、A42：激光雷达发射光。

A33、A43：目标回波信号，通过积分计算回波信号的面积计算得到回波信号的强度。

A34、A44：被探测目标，不同角度的入射光，根据目标表面的材质，回波强度会呈现不同的规律。

激光雷达通过分析目标距离信息得到目标拟合曲线，通过目标拟合曲线将目标分类为平面直墙。记录目标不同角度的反射强度变化规律，分析得到目标的类型。本实施例将对平面直墙进行分类，通过本发明涉及的方法将玻璃幕墙标识为有特殊影响的目标。通过本发明涉及的方法，将为机器人标识对象，预防机器人在避障等操作时撞向目标。

应用实例3(区分高反镜面)：

本发明应用实例3提供了一种基于激光雷达的边界目标标识方法，应用于服务机器人导航应用方面，集成于激光雷达内部。参见图6，该应用实例3至少包含一个激光雷达，应用于服务机器人导航应用领域。该方法包括：

S51：激光雷达与目标距离小于给定阈值，激光雷达通过激光驱动向目标发射激光脉冲信号，通过APD接收放大模块接受回波信号，将回波信号传入高速ADC采样，通过测得的发射时刻和接收时刻，计算得到飞行时间，通过测得回波信号波形，积分计算波形面积得到目标的回波信号强度。

S52：通过飞行时间，计算得到目标的距离，根据目标及目标周边距离信息，根据拟合算法分析得到目标的拟合曲线，分析目标是否属于平直拟合曲线，计算激光入射角度。

S53：通过查表法获得目标的反射强度，保存目标的反射强度与入射角度。

S54：根据目标反射强度随角度变化的规律，分析目标是否属于反射强度各角度接近的目标，如果不属于反射强度各角度接近一致的目标，则分析目标是否呈现入射角度接近90度时候的回波能量明显高于其他入射角度的回波能量。如果满足该条件，则将目标分类为高反镜面类目标(例如高反瓷砖墙面、不锈钢门套等)。

S55：结合目标分类和拟合曲线，对目标进行标识，该实例中，会将高反镜面类目标标识为对激光导航有特殊影响的目标，有助于机器人运行过程中提前进行规避。

参见图7、图8，其列举了机器人在不同角度扫描目标的一个例子。

A61、A71：服务机器人，在移动过程中，离目标距离在激光雷达的测距范围内。

A62、A72：激光雷达发射光。

A63、A73：目标回波信号，通过积分计算回波信号的面积计算得到回波信号的强度。

A64、A74：被探测目标，不同角度的入射光，根据目标表面的材质，回波强度会呈现不同的规律。

激光雷达通过分析目标距离信息得到目标拟合曲线，通过目标拟合曲线将目标分类为平面面。记录目标不同角度的反射强度变化规律，分析得到目标的类型，根据目标的类型和拟合曲线，标识目标为特殊影响的目标。本实施例将高反镜面类目标标识为特殊影响的目标，为服务机器人在构建地图以及动态识别的过程中，提供了更多的参考信息，从而实现对目标的提前规避等。

应用实例4(路径规划)：

如图9所示，现有基于激光导航的服务机器人从A点走到B点，由于实时构建地图的过程中，在较远的距离没有探测到目标玻璃墙壁，只能探测到玻璃墙壁后面的普通墙壁等，从而将目标玻璃墙壁重新标识为空旷。在不进行特殊处理(人工标线等)的情况下，机器人会规划路径为直接沿着A点到B点的直线行进，然后在到达玻璃墙壁附近时，由于近距离检测到目标玻璃墙壁，必须重新规划路径为绕着普通墙壁从右侧绕行。在机器人从A走向B的过程中，由于没有检测到玻璃墙壁，这时候机器人一般会处于较高的速度，当近距离检测到之后又必须马上减速，如果检测距离达不到减速安全距离，甚至可能造成碰撞事故。同时这个过程中，机器人多走了两次从A到B的距离。时间效率大幅降低，并且会造成电量损失等，影响机器人的工作总量。

如图10所示，利用本发明涉及到的标识方法，将玻璃墙壁标识出来之后，实时地图构建不会因为远距离没有探测到目标而消除该目标玻璃墙壁。利用这个方法对机器人运行过程进行补充，通过该方法实现的机器人识别方法，机器人在规划从A到B的路径的时候，会将路径规划为绕过墙壁的路径。在这种场景的应用，能够大幅提高机器人的运行效率，减小因为该问题造成的需要人工划线的时间损失，同时也能提高机器人运行的安全性能。

本发明的实施例二提供一种基于激光雷达的边界目标标识系统的具体实施方式，参见图11，所述边界目标标识系统具体包括如下内容：

激光入射角度获取模块10，用于根据激光雷达获取的其与目标物之间的目标距离数据与该激光雷达的相对位置获取激光入射角度；

反射强度确定模块20，用于基于激光雷达获取的目标回波信号强度和目标距离数据确定目标物的反射强度；

边界目标判断模块30，用于根据所述激光入射角度和目标物的反射强度判断对应的目标物是否属于干扰激光定位导航的边界目标，若是，则进入目标信息标识模块40；

目标信息标识模块40，用于对所述目标物进行目标信息标识。

本发明提供的基于激光雷达的边界目标标识系统的实施例具体可以用于执行上述基于激光雷达的边界目标标识方法的实施例的处理流程，其功能在此不再赘述，可以参照上述方法实施例的详细描述。

从上述描述可知，本发明的实施例所提供的基于激光雷达的边界目标标识系统，既能返回距离数据，又能返回目标回波信号强度的激光雷达，并能够有效避免对机器人定位导航产生干扰的影响，可靠地提高了机器人的运行安全和工作效率。

本发明的实施例三提供一种用于实现基于激光雷达的边界目标标识方法的电子设备的具体实施方式，参见图12，所述电子设备具体包括如下内容：

处理器(processor)601、存储器(memory)602、通信接口(CommunicationsInterface)603和总线604；

其中，所述处理器601、存储器602、通信接口603通过所述总线604完成相互间的通信；所述通信接口603用于实现各建模软件及智能制造装备模块库等相关设备之间的信息传输；

所述处理器601用于调用所述存储器602中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例一中的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：

步骤10：根据激光雷达获取的其与目标物之间的目标距离数据与该激光雷达的相对位置获取激光入射角度。

步骤20：基于激光雷达获取的目标回波信号强度和目标距离数据确定目标物的反射强度。

步骤30：根据所述激光入射角度和目标物的反射强度判断对应的目标物是否属于干扰激光定位导航的边界目标，若是，则进入步骤40，否则，则无法进行目标信息识别。

步骤40：对所述目标物进行目标信息标识。

从上述描述可知，本发明的实施例所提供的电子设备，既能返回距离数据，又能返回目标回波信号强度的激光雷达，并能够有效避免对机器人定位导航产生干扰的影响，可靠地提高了机器人的运行安全和工作效率。

本发明的实施例四提供能够实现上述基于激光雷达的边界目标标识方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例一的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：

步骤10：根据激光雷达获取的其与目标物之间的目标距离数据与该激光雷达的相对位置获取激光入射角度。

步骤20：基于激光雷达获取的目标回波信号强度和目标距离数据确定目标物的反射强度。

步骤30：根据所述激光入射角度和目标物的反射强度判断对应的目标物是否属于干扰激光定位导航的边界目标，若是，则进入步骤40，否则，则无法进行目标信息识别。

步骤40：对所述目标物进行目标信息标识。

从上述描述可知，本发明的实施例所提供的计算机可读存储介质，既能返回距离数据，又能返回目标回波信号强度的激光雷达，并能够有效避免对机器人定位导航产生干扰的影响，可靠地提高了机器人的运行安全和工作效率。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于激光雷达的边界目标标识方法，其特征在于，所述边界目标标识方法包括：

步骤10：根据激光雷达获取的其与目标物之间的目标距离数据与该激光雷达的相对位置获取激光入射角度；

步骤20：基于激光雷达获取的目标回波信号强度和目标距离数据确定目标物的反射强度；

步骤30：根据所述激光入射角度和目标物的反射强度判断对应的目标物是否属于干扰激光定位导航的边界目标，若是，则进入步骤40；

步骤40：对所述目标物进行目标信息标识。

2.根据权利要求1所述的边界目标标识方法，其特征在于，在步骤10之前，所述边界目标标识方法还包括：

步骤A1：固定设置激光雷达和位于该激光雷达的最小量程位置处的反射面；

步骤A2：在当前位置处，从最低标准反射强度到最高反射强度，依次更换所述反射面，并记录不同反射强度的反射面的信号强度；

步骤A3：以相同的距离间隔依次移动所述反射面，并在每次移动所述反射面后，均返回步骤A2，直到其与所述激光雷达之间的距离等于给定阈值后，进入步骤A4；

步骤A4：分别将距离相同且反射强度不同的信号强度进行三次样条插值，以及，将距离不同且反射强度相同的信号强度进行三次样条插值，得到用于反映所述反射强度、信号强度和距离之间的对应关系的第一查找表；

相对应的，所述步骤20包括：

基于激光雷达获取的目标回波信号强度和目标距离数据，在所述第一查找表中确定目标物的反射强度。

3.根据权利要求2所述的边界目标标识方法，其特征在于，在步骤10之前，所述边界目标标识方法还包括：

步骤B1：在与目标物之间的距离小于所述给定阈值的位置处固定所述激光雷达的出射光与目标物之间的夹角，并测量得到所述目标物的反射强度；

步骤B2：改变所述激光雷达与所述目标物之间的相对夹角，并重复执行步骤B1，测量得到不同入射夹角下的目标物的反射强度；

步骤B3：更换不同反射率的目标物，并重复执行步骤B1和B2，计算得到不同目标物的类型、反射强度和激光入射角度之间的变化规律，并生成用于反映不同目标物的类型、反射强度及激光入射角度之间的对应关系的第二查找表；

相对应的，所述步骤30包括：

根据所述激光入射角度和目标物的反射强度，在所述第二查找表中判断对应的目标物是否属于干扰激光定位导航的边界目标，若是，则进入步骤40。

4.根据权利要求2所述的边界目标标识方法，其特征在于，所述步骤10包括：

步骤11：所述激光雷达获取其与目标物之间的目标距离数据；

步骤12：判断所述激光雷达获取的目标距离数据的值是否小于所述给定阈值；

若是，则进入步骤13；

步骤13：根据所述目标距离数据拟合生成目标拟合曲线，并根据该目标拟合曲线与所述激光雷达的相对位置计算得到所述激光入射角度。

5.根据权利要求2至4任一项所述的边界目标标识方法，其特征在于，所述边界目标标识方法还包括：确定所述给定阈值，具体包括：

步骤C1：通过将透过率超过第一预设百分比的玻璃面板垂直于所述激光雷达发出的入射激光方向放置，并由远及近地向该激光雷达移动；

步骤C2：所述激光雷达测量所述玻璃面板，并通过最小二乘法拟合激光雷达检到该玻璃面板的曲线，当该曲线长度大于一米时停止，此时所述激光雷达与该玻璃面板之间的距离即为所述给定阈值。

6.根据权利要求4所述的边界目标标识方法，其特征在于，所述步骤13包括：

根据所述目标距离数据，通过最小二乘法拟合出目标拟合曲线；

若所述目标拟合曲线为直线，则在平面坐标系中连接所述激光雷达与测量点的直线，该直线与目标拟合曲线的夹角即为所述激光入射角度；

若目标拟合曲线为曲线，则在平面坐标系中连接激光雷达与测量点的直线，该直线与目标拟合曲线的经过测量点的切线的夹角即所述激光入射角度。

7.根据权利要求3所述的边界目标标识方法，其特征在于，所述步骤B3中的不同目标物的类型、反射强度和激光入射角度之间的变化规律，包括：

(1)不同激光入射角度所对应的反射强度均一致，且反射强度均小于透过率为第一预设百分比的玻璃面板的反射强度；

(2)在第一预设角度范围内的激光入射角度所对应的反射强度，均大于透过率为第一预设百分比的玻璃面板的反射强度；其他不在第一预设角度范围内的激光入射角度所对应的反射强度，均小于透过率为第一预设百分比的玻璃面板的反射强度。

8.一种基于激光雷达的边界目标标识系统，其特征在于，所述边界目标标识系统包括：

激光入射角度获取模块，用于根据激光雷达获取的其与目标物之间的目标距离数据与该激光雷达的相对位置获取激光入射角度；

反射强度确定模块，用于基于激光雷达获取的目标回波信号强度和目标距离数据确定目标物的反射强度；

边界目标判断模块，用于根据所述激光入射角度和目标物的反射强度判断对应的目标物是否属于干扰激光定位导航的边界目标，若是，则进入目标信息标识模块；

目标信息标识模块，用于对所述目标物进行目标信息标识。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述基于激光雷达的边界目标标识方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述基于激光雷达的边界目标标识方法的步骤。

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