CN111928811B - 地面检测方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种地面检测方法、装置、设备及存储介质，由设置三维扫描仪的自主移动设备执行，包括：确定与目标地平面距离最大的底面点云；根据底面中心点的坐标，以及三维扫描仪距离目标地平面的高度，确定三维扫描仪照射到底面中心点的扫描线，与目标地平面的夹角；根据夹角，以及三维扫描仪距离参考地平面的距离，确定三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度；根据三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度、沿垂直于边缘点与三维扫描仪连线方向上，底面点云中两个底面点之间的最大距离以及三角形的相似性，确定位于参考地平面上的凹陷区域的宽度。上述方案能够以更少的计算量精准地对地面的凹陷进行检测。

Description

地面检测方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本申请实施例涉及地面检测技术领域，尤其涉及一种地面检测方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

机器人或无人车根据预定路径进行行走，而在实际行走过程中，地面可能不是平整，存在凹陷等障碍，影响机器人或无人车的正常行进。因此，需要对地面凹陷进行检测。

目前根据激光雷达扫描得到的点云数据对地面进行检测的方式，需要分析大量点云数据以及计算法向量以确定地平面，进而根据地平面以及点云坐标确定凹陷。上述方式不仅计算量大，而且对凹陷位置确定以及边缘轮廓确定的检测精度不高。

发明内容

本申请实施例提供一种地面检测方法、装置、设备及存储介质，以根据较少的计算量精确地确定凹陷的位置以及边缘轮廓尺寸。

在一个实施例中，本申请实施例提供了一种地面检测方法，该方法包括：

确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云；所述目标地平面根据三维扫描仪的安装高度以及坐标系的原点确定，所述坐标系的原点位于自主移动设备的中心点；

根据所述底面点云中底面中心点的坐标，以及所述三维扫描仪距离所述目标地平面的高度，确定所述三维扫描仪照射到所述底面中心点的扫描线，与所述目标地平面的夹角；

根据所述夹角，以及所述三维扫描仪距离参考地平面的距离，确定所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度；所述参考地平面与所述目标地平面平行；所述参考地平面通过对所述点云进行筛选得到；

根据所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度、所述底面点云中两个底面点之间的最大距离以及三角形的相似性，确定位于所述参考地平面上的凹陷区域的宽度；其中，所述两个底面点之间的连线与所述三维扫描仪照射到所述底面中心点的扫描线垂直。

在另一个实施例中，本申请实施例还提供了一种地面检测装置，该装置包括：

底面点云确定模块，用于确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云；所述目标地平面根据三维扫描仪的安装高度以及坐标系的原点确定，所述坐标系的原点位于自主移动设备的中心点；

夹角确定模块，用于根据所述底面点云中底面中心点的坐标，以及所述三维扫描仪距离所述目标地平面的高度，确定所述三维扫描仪照射到所述底面中心点的扫描线，与所述目标地平面的夹角；

扫描线段长度确定模块，用于根据所述夹角，以及所述三维扫描仪距离参考地平面的距离，确定所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度；所述参考地平面与所述目标地平面平行；所述参考地平面通过对所述点云进行筛选得到；

凹陷宽度确定模块，用于根据所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度、所述底面点云中两个底面点之间的最大距离以及三角形的相似性，确定位于所述参考地平面上的凹陷区域的宽度；其中，所述两个底面点之间的连线与所述三维扫描仪照射到所述底面中心点的扫描线垂直。

在又一个实施例中，本申请实施例还提供了一种地面检测设备，包括：一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本申请实施例任一项所述的地面检测方法。

在再一个实施例中，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请实施例中任一项所述的地面检测方法。

本申请实施例中，通过确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云，可以锁定凹陷区域的最底面，并确定底面的宽度，便于后续确定凹陷区域边缘宽度以及位置。通过根据底面点云中底面中心点的坐标，以及所述三维扫描仪距离目标地平面的高度，确定所述三维扫描仪照射到所述底面中心点的扫描线，与所述目标地平面的夹角；根据所述夹角，以及三维扫描仪距离参考地平面的距离，确定所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度，从而精确地确定凹陷区域与三维扫描仪的距离，明确凹陷区域的具体位置。通过根据所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度、所述底面点云中两个底面点之间的最大距离以及三角形的相似性，确定位于参考地平面上的凹陷区域的宽度，从而精确确定凹陷区域的边缘宽度。

附图说明

图1为本申请一种实施例提供的地面检测方法的流程图；

图2为本申请一种实施例提供的第一坐标示意图；

图3为本申请一种实施例提供的第二坐标示意图；

图4为本申请一种实施例提供地面检测系统的俯视图；

图5为本申请另一实施例提供的地面检测方法的流程图；

图6为本申请另一实施例提供的目标地平面确定示意图；

图7为本申请另一实施例提供的第三坐标示意图；

图8为本申请一种实施例提供的地面检测装置的结构示意图；

图9为本申请一种实施例提供的地面检测设备的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。

图1为本申请一种实施例提供的地面检测方法的流程图。本实施例提供的地面检测方法可适用于对地面的凹陷进行检测的情况。典型的，本方法可以适用于机器人或无人车等自主移动设备在行进过程中，对前进方向的地面凹陷进行检测的情况。该方法具体可以由地面检测装置执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以集成在地面检测设备中。参见图1，本申请实施例的方法具体包括：

S110、确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云。目标地平面根据三维扫描仪的安装高度以及坐标系的原点确定，所述坐标系的原点位于自主移动设备的中心点。

其中，三维扫描仪可以为激光扫描仪或拍照式扫描仪等。三维扫描仪设置于自主移动设备上，跟随自主移动设备的运动而运动。自主移动设备可以为机器人、无人机等自动行驶前进的设备。凹陷区域可以为自主移动设备在行进过程中，在前进方向上三维扫描仪扫描范围内的地面上出现的凹陷区域。三维扫描仪的扫描范围可以根据三维扫描仪的参数以及实际的需求进行确定，通过设置三维扫描仪的扫描角度以实现对扫面范围内物体的扫描。自主移动设备在行进的过程中，三维扫描仪对前进方向的扫描区域进行检测，采集得到点云数据，可以采用体素滤波算法对采集的点云数据进行下采样处理，从而压缩相似的点云，得到滤波后的点云数据。

在本申请实施例中，由三维扫描仪采集的点云数据的坐标为三维扫描仪坐标系中的坐标，需要将其转换为自主移动设备坐标系中的坐标，自主移动设备坐标系即车身坐标系。车身坐标系的原点可以位于自主移动设备的中心或是重心，对于形状规则且质量均匀的自主移动设备，中心即为重心，对于其他情况的自主移动设备，可以将分别平分自主移动设备三维尺寸的平面的交点作为中心，例如，确定将自主移动设备的高度进行平分的第一平面，确定将自主移动设备的长度进行平分的第二平面，确定将自主移动设备的宽度进行平分的第三平面，确定第一平面、第二平面和第三平面的交点，作为自主移动设备的中心。三维扫描仪坐标系中的原点坐标同理，也可以以三维扫描仪的中心作为原点，以上述方式确定三维扫描仪的中心。车身坐标系随自主移动设备的移动为移动。可以设置沿自主移动设备前进的方向为Z轴正向，垂直于地面向下的方向为Y轴正向，垂直于Y轴和Z轴，沿自主移动设备前进方向向右的方向为X轴正向。三个坐标轴以及方向的具体选取可以根据实际情况设置，在此不作限定。

具体的，目标地平面为根据三维扫描仪的安装高度确定的地平面，安装高度包括三维扫描仪到目标地平面的垂直距离，以及三维扫描仪到自主移动设备中心点所在平面的垂直距离。以Y轴正向为垂直于地面向下的方向为例，如图2所示，其中，O为坐标原点，目标地平面的Y坐标即为三维扫描仪到目标地平面的垂直距离与三维扫描仪到自主移动设备中心点所在平面的垂直距离之差，目标地平面与Y轴垂直。在检测得到的凹陷区域的点云中，可以根据点云的Y方向坐标，确定位于凹陷区域最低面上的底面点云。示例性的，若沿垂直于地面向下的方向为Y轴的正向，则选取凹陷区域中Y方向的坐标最大的点云，作为底面点云。由于凹陷区域底面点云Y方向的坐标可能存在差异，通过选取Y方向的坐标最大的点云无法将所有位于凹陷区域底面的点云都筛选出来，因此可以设置预设差值阈值，如果点云的Y方向坐标与凹陷区域点云的Y方向最大坐标之间的差值小于预设差值阈值，则确定该点云为底面点云。

以上方案的有益效果在于，准确地获取地面凹陷区域的底面点云，并能够根据底面点云确定底面的宽度，便于后续确定凹陷区域边缘宽度以及位置。

S120、根据底面点云中底面中心点的坐标，以及三维扫描仪距离目标地平面的高度，确定三维扫描仪照射到底面中心点的扫描线，与目标地平面的夹角。

示例性的，如图2所示，连接三维扫描仪所在的位置点和底面中心点，得到三维扫 描仪照射到底面中心点的扫描线，其中，三维扫描仪所在的位置点为其中心点或者重心点。 该扫描线与目标地平面的夹角，即为三维扫描仪照射到底面中心点的扫描线与目标地平面 的夹角，即角

。由于三维扫描仪的Y 轴坐标以及距离目标地平面的高度已知，底面中心点 的Z坐标和Y坐标也已知，因此可以计算出三维扫描仪照射到底面中心点的扫描线与目标地 平面的夹角

的正切值，进而可以确定夹角

的值。

S130、根据夹角，以及三维扫描仪距离参考地平面的距离，确定三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度；参考地平面与目标地平面平行。

其中，所述参考地平面通过对所述点云进行筛选得到。参考地平面为根据实际采集的点云数据确定的地平面，参考地平面与目标地平面平行，因此，三维扫描仪照射到底面中心点的扫描线与目标地平面的夹角，等于三维扫描仪照射到底面中心点的扫描线与参考地平面的夹角。凹陷区域边缘与参考地平面交际线中距离原点最近的点，位于三维扫描仪照射到底面中心点的扫描线与参考地平面的交点或是附近，可以近似将三维扫描仪照射到底面中心点的扫描线与参考地平面的交点，作为凹陷区域与参考地平面的交际线中距离车身坐标系的原点最近的点。因此，三维扫描仪照射到底面中心点的扫描线与参考地平面的夹角，也就近似等于三维扫描仪照射到交际线中距离原点最近点的扫描线与参考地平面的夹角。如图3所示，点d与底面中心点a的连线与参考地平面的夹角近似等于点d与交际线上点b的连线与参考地平面的夹角，其中，点d为三维扫描仪所在的位置点。

示例性的，在三角形bcd中，根据∠cbd的正弦值以及三维扫描仪距离参考地平面的高度，即可以确定点d与交际线上点b的距离。

以上方案的有益效果在于，准确确定三维扫描仪与凹陷区域与参考地平面交际线上点的距离，从而精准确定该点与三维扫描仪的水平距离，明确凹陷区域距离自主移动设备的位置，并便于后续根据三维扫描仪所在的位置点与交际线上点b的距离确定凹陷区域与参考地平面的交际边缘的宽度，精确确定凹陷区域的尺寸信息。

在本申请实施例中，确定三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度之前，方法还包括：采用随机一致性算法，根据点云确定点云平面；将与目标地平面平行度最高的点云平面，确定为参考地平面。

由于需要确定凹陷区域的边缘的尺寸，凹陷区域是根据点云确定的，因此，根据点云确定参考地平面作为凹陷区域确定的基础更为精确。示例性的，在三维扫描仪扫描范围内，可能存在多个平面，另外，点云平面中可能存在镜面。镜面反射点形成的点云可能不准确，实际上在对应的位置并不存在点云，而是被镜面反射得到的， 因此需要去除镜面以及对应的点云数据。采用随机一致性算法对点云进行处理，得到多个平面，并确定多个平面的法向量。由于参考地平面应与目标地平面平行，因此，选取法向量垂直于目标地平面的点云平面，作为参考地平面。将法向量与目标地平面不垂直的点云平面筛除。本申请实施例中，以目标地平面为参考，确定与目标地平面平行度最高的平面作为参考地平面，从而降低了对点云确定的多个平面进行筛选的计算量，以快速准确地锁定参考地平面。

S140、根据所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度、所述底面点云中两个底面点之间的最大距离以及三角形的相似性，确定位于所述参考地平面上的凹陷区域的宽度；其中，所述两个底面点之间的连线与所述三维扫描仪照射到所述底面中心点的扫描线垂直。

示例性的，如图4所示，图4为图3的俯视图，点a、点b点d均可投影到Z轴上，因此在 视觉上点d、点b和点a均位于Z轴上，实际上ad的长度按照图3中ad的长度计算，实际上db的 长度按照图3中db的长度计算。在图3中，根据底面中心点a的Z坐标，以及∠mad的余弦值，可 以确定线段ad的长度，其中，点m为目标地平面与Y轴相交的点。在图4中，点e和点f为底面点 云中，在X-Z平面内的距离Z轴最大的点，点e和点f的坐标已知，因此线段ef的长度已知。因 为三角形def和三角形dgh相似，因此可以根据相似性以及线段db的长度、线段ad的长度以 及线段的ef的长度，确定线段gh的长度，即为位于参考平面上的凹陷区域的宽度。具体的， 三角形def和三角形dgh相似，

，因此可以根据上述等式确定线段gh的值，即为位于 参考平面上的凹陷区域的宽度。

以上方案的有益效果在于，不需要对所有的点云数据进行计算，只需要较少的点的坐标以及较少的计算量，即可以准确确定位于参考平面上的凹陷区域的宽度，明确凹陷区域的位置与尺寸。

本申请实施例中，通过确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云，可以锁定凹陷区域的最底面，并确定底面的宽度，便于后续确定凹陷区域边缘宽度以及位置。通过根据底面点云中底面中心点的坐标，以及三维扫描仪距离目标地平面的高度，确定三维扫描仪照射到底面中心点的扫描线与目标地平面的夹角；根据夹角，以及三维扫描仪距离参考地平面的距离，确定三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度，从而精确地确定凹陷区域与三维扫描仪的距离，明确凹陷区域的具体位置。通过根据三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度、底面点云中两个底面点之间的最大距离以及三角形的相似性，确定位于参考地平面上的凹陷区域的宽度，从而精确确定凹陷区域的边缘宽度。

图5为本申请另一实施例提供的地面检测方法的流程图。本申请实施例为对上述实施例基础上对上述实施例进行优化，未在本实施例中详细描述的细节详见上述实施例。参见图5，本实施例提供的地面检测方法可以包括：

S201、根据三维扫描仪的安装高度，确定目标地平面的坐标。

示例性的，预先获取三维扫描仪的安装高度，以及车身坐标系，可以确定目标地平面的坐标。例如，如图6所示，三维扫描仪距离目标地平面的距离为H，即三维扫描仪所在的位置点d与目标地平面的距离为H，三维扫描仪安装于自主移动设备上且距离自主移动设备中心的距离为h1，又因为车身坐标系的原点为自主移动设备的中心，因此目标地平面的Y坐标可以为H-h1。本申请实施例中并不是根据对所有点云进行计算确定凹陷区域边缘，因此不需要根据所有点云进行多平面的法向量计算确定目标地平面，而只需要根据三维扫描仪的安装高度确定目标地平面即可，因此有效减少了计算量，提高了计算效率。

S202、若根据三维扫描仪获取的点云沿目标地平面法线方向的坐标，以及目标地平面沿法线方向的坐标，确定点云位于目标地平面以下，则确定点云为凹陷区域的点云。

示例性的，以Y轴正向为垂直地面向下的方向为例，由于Y轴垂直地面，即为目标地平面法线方向。如果点云的Y方向坐标大于目标地平面Y方向的坐标，也就是点云位于目标地平面以下，则可以确定为凹陷区域的点云。

在本申请实施例中，对于位于目标地平面以下的点云，可以根据其X方向的坐标和Y方向的坐标进一步确定其是否为同一个凹陷区域的点云。例如，若位于目标地平面以下的点云的X轴方向的坐标比较接近，且Z轴方向的坐标比较接近，则确定点云位于同一个凹陷区域。

S203、确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云。

示例性的，以Y轴正向为垂直地面向下的方向为例，对于凹陷区域的点云，将Y轴方向的坐标最大的点云，作为凹陷区域的底面点云。若Y轴正向为垂直地面向上的方向，则对于凹陷区域的点云，将Y轴方向的坐标最小的点云，作为凹陷区域的底面点云。

S204、将通过三维扫描仪且垂直于目标地平面的直线确定为竖直轴。

在本申请实施例中，竖直轴即为Y轴。

S205、根据三维扫描仪沿竖直轴方向的坐标绝对值与底面中心点沿竖直轴方向的坐标绝对值之和，以及底面中心点与竖直轴的距离，确定夹角的正切值。

示例性的，如图7所示，三维扫描仪沿竖直轴方向的坐标绝对值为h1，即点d与点o 之间的距离，底面中心点沿竖直轴方向的坐标绝对值为h2，即点o与点m之间的距离，L为底 面中心点与XOY平面的距离，即底面中心点的Z坐标。由于线段am与目标地平面平行，因此， 三维扫描仪照射到底面中心点的扫描线与目标地平面的夹角，等于三维扫描仪照射到底面 中心点的扫描线与线段am的夹角。在三角形amd中，∠dam的正切值为

。

S206、根据正切值，确定夹角的角度。

示例性的，根据∠dam的正切值，进行反正切计算，得到∠dam的角度值。

S207、根据目标地平面的坐标以及参考地平面的坐标，确定目标地平面与参考地平面之间的距离。

具体的，将目标地平面的Y方向坐标，与参考地平面的Y方向的坐标之差的绝对值，作为目标地平面与参考地平面之间的距离。

S208、根据三维扫描仪距离目标地平面的高度，以及目标地平面与参考地平面之间的距离，确定三维扫描仪距离参考地平面的高度。

示例性的，将三维扫描仪距离目标地平面的高度，减去目标地平面与参考地平面之间的距离，得到三维扫描仪距离参考地平面的高度。

S209、根据三维扫描仪距离参考地平面的高度、夹角的正弦值，确定三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度。

示例性的，如图3所示，根据线段cd的值，∠dbc的正弦值，可以计算斜边db的长度，其中，点c为参考地平面与Y轴相交的点。

S210、根据三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度、底面点云中两个底面点之间的最大距离以及三角形的相似性，确定位于参考地平面上的凹陷区域的宽度；其中，两个底面点之间的连线与三维扫描仪照射到底面中心点的扫描线垂直。

本申请实施例的技术方案，通过三角形的相似性，以及三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度、三维扫描仪照射到凹陷区域底面中心点的扫描线段的长度、底面点云之间的最大距离，确定位于参考地平面上的凹陷区域的宽度，从而精确量化地计算凹陷区域的宽度，并且不需要对所有凹陷区域的点云进行计算，只需要对底面点云进行计算即可以确定凹陷区域边缘宽度，有效减少了计算量，提高了处理效率。

在本申请实施例中，确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云之前，方法还包括：确定凹陷区域的点云数量，与三维扫描仪获取的点云数量的比值；若比值大于预设比值阈值，则继续执行确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云的步骤。

示例性的，为了筛选掉不足以影响机器人或无人车前进的微小凹陷，因此，根据凹陷区域中点云数量对微小凹陷进行筛选。如果凹陷区域中的点云数量与全部点云数量的比值大于预设比值阈值，则说明该凹陷区域为较大的凹陷区域，进一步对其位置和尺寸进行检测分析。如果凹陷区域中的点云数量与全部点云数量的比值小于或等于预设比值阈值，则说明该凹陷区域为较小的凹陷区域，不足以影响机器人或无人车的正常行驶，因此可以忽略该凹陷。以上方案的有益效果在于，能够有效筛除微小凹陷，避免对不足以影响机器人或无人车前进的微小凹陷进行分析和计算，从而产生不必要的计算量。

在本申请实施例中，确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云之前，方法还包括：通过惯性测量单元获取三维扫描仪在自身坐标系中的竖直轴与地轴之间的角度；根据角度，对三维扫描仪获取的点云坐标进行修正。

示例性的，三维扫描仪由于安装过程中的误差，可能导致安装角度存在偏差。例如理论上三维扫描仪的自身坐标系中的竖直轴应与地轴平行，但是由于安装误差导致竖直轴与地轴之间存在一定的角度，因此需要根据该角度对点云的坐标进行修正。例如，三维扫描仪竖直轴与地轴之间存在偏差角度。将点云的Z方向坐标乘以偏差角度的余弦值，得到点云的真实Z方向坐标。上述方案通过对偏差角度的检测以及点云坐标的修正，从而消除了安装角度导致的点云坐标误差，使点云坐标更加精确，以使后续根据点云坐标确定的边缘宽度更加精确。

在本申请实施例中，确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云之前，方法还包括：在自主移动设备开始运动之前，通过惯性测量单元基于预设数据采集频率，获取三维扫描仪的第一姿态数据；控制自主移动设备运动，并通过惯性测量单元实时获取三维扫描仪的第二姿态数据；若第一姿态数据和第二姿态数据的差值大于预设惯性差值阈值，则暂停通过三维扫描仪获取点云数据，直到第一姿态数据和第二姿态数据的差值小于或等于预设惯性差值阈值。

其中，预设数据采集频率可以为200HZ，即惯性测量单元常用的采集频率。在机器人或无人车启动后，电机启动带动机器人或无人车前进之前，三维扫描仪的姿态为正常的姿态，角度为准确的角度。当电机带动机器人或无人机前进或突然停止时，由于惯性的作用，三维扫描仪可能出现滞后的情况，产生俯仰角偏差。因此，以在机器人或无人车启动后，电机启动前时间段内，惯性测量单元采集得到的第一姿态数据为准，作为理想水平面的姿态数据参考值。可以采用中值滤波和/或平均值滤波的方式，对第一姿态数据进行滤波，得到稳定的姿态数据。如果惯性测量单元在后续的检测过程中检测到的第二姿态数据与第一姿态数据的差值大于预设惯性差值，则确定三维扫描仪的第二姿态数据并没有在理想水平面上，因此暂停通过三维扫描仪获取点云数据，直到第一姿态数据和第二姿态数据的差值小于或等于预设惯性差值阈值，再继续采集点云数据。上述方案能够在机器人或无人车启动或急停时，及时检测确定三维扫描仪是否晃动过大不适合进行点云采集，进而控制三维扫描仪的采集工作状态，降低采集点云时产生的坐标误差。

图8为本申请一种实施例提供的地面检测装置的结构示意图。该装置可适用于对地面的凹陷进行检测的情况。典型的，本方法可以适用于机器人或无人车等自主移动设备在行进过程中，对前进方向的地面凹陷进行检测的情况。该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以集成在地面检测设备中。参见图8，该装置具体包括：

底面点云确定模块310，用于确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云；所述目标地平面根据三维扫描仪的安装高度以及坐标系的原点确定，所述坐标系的原点位于自主移动设备的中心点；

夹角确定模块320，用于根据所述底面点云中底面中心点的坐标，以及所述三维扫描仪距离所述目标地平面的高度，确定所述三维扫描仪照射到所述底面中心点的扫描线，与所述目标地平面的夹角；

扫描线段长度确定模块330，用于根据所述夹角，以及所述三维扫描仪距离参考地平面的距离，确定所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度；所述参考地平面与所述目标地平面平行；所述参考地平面通过对所述点云进行筛选得到；

凹陷宽度确定模块340，用于根据所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度、所述底面点云中两个底面点之间的最大距离以及三角形的相似性，确定位于参考地平面上的凹陷区域的宽度；其中，所述两个底面点之间的连线与所述三维扫描仪照射到所述底面中心点的扫描线垂直。

在本申请实施例中，所述装置还包括：

目标地平面确定模块，用于根据所述三维扫描仪的安装高度，确定目标地平面的坐标；

凹陷区域点云确定模块，用于若根据所述三维扫描仪获取的点云沿目标地平面法线方向的坐标，以及目标地平面沿法线方向的坐标，确定点云位于目标地平面以下，则确定所述点云为凹陷区域的点云。

在本申请实施例中，所述装置还包括：

比值确定模块，用于确定所述凹陷区域的点云数量，与三维扫描仪获取的点云数量的比值；

继续执行模块，用于若所述比值大于预设比值阈值，则继续执行确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云的步骤。

在本申请实施例中，所述装置还包括：

点云平面确定模块，用于采用随机一致性算法，根据所述点云确定点云平面；

参考地平面确定模块，用于将与所述目标地平面平行度最高的点云平面，确定为参考地平面。

在本申请实施例中，夹角确定模块320，包括：

竖直轴确定单元，用于将通过三维扫描仪且垂直于目标地平面的直线确定为竖直轴；

正切值确定单元，用于根据三维扫描仪沿所述竖直轴方向的坐标绝对值与所述底面中心点沿所述竖直轴方向的坐标绝对值之和，以及所述底面中心点与所述竖直轴的距离，确定所述夹角的正切值；

夹角计算单元，用于根据所述正切值，确定所述夹角的角度。

在本申请实施例中，所述扫描线段长度确定模块330，包括：

距离确定单元，用于根据所述目标地平面的坐标以及所述参考地平面的坐标，确定所述目标地平面与所述参考地平面之间的距离；

高度确定单元，用于根据所述三维扫描仪距离目标地平面的高度，以及所述目标地平面与所述参考地平面之间的距离，确定所述三维扫描仪距离所述参考地平面的高度；

长度确定单元，用于根据所述三维扫描仪距离所述参考地平面的高度、所述夹角的正弦值，确定所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度。

在本申请实施例中，所述装置还包括：

安装角度确定模块，用于通过惯性测量单元获取三维扫描仪在自身坐标系中的竖直轴与地轴之间的角度；

修正模块，用于根据所述角度，对所述三维扫描仪获取的点云坐标进行修正。

在本申请实施例中，所述装置还包括：

第一姿态数据确定模块，用于在所述自主移动设备开始运动之前，通过惯性测量单元基于预设数据采集频率，获取所述三维扫描仪的第一姿态数据；

第二姿态数据确定模块，用于控制所述自主移动设备运动，并通过惯性测量单元实时获取所述三维扫描仪的第二姿态数据；

扫描控制模块，用于若所述第一姿态数据和所述第二姿态数据的差值大于预设惯性差值阈值，则暂停通过三维扫描仪获取点云数据，直到所述第一姿态数据和所述第二姿态数据的差值小于或等于预设惯性差值阈值。

本申请实施例所提供的地面检测装置可执行本申请任意实施例所提供的地面检测方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

图9为本申请一种实施例提供的地面检测设备的结构示意图。图9示出了适于用来实现本申请实施例的示例性地面检测设备412的框图。图9显示的地面检测设备412仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图9所示，地面检测设备412可以包括：一个或多个处理器416；存储器428，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器416执行，使得所述一个或多个处理器416实现本申请实施例所提供的地面检测方法，包括：

确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云；所述目标地平面根据三维扫描仪的安装高度以及坐标系的原点确定，所述坐标系的原点位于自主移动设备的中心点；

根据所述底面点云中底面中心点的坐标，以及所述三维扫描仪距离所述目标地平面的高度，确定所述三维扫描仪照射到所述底面中心点的扫描线，与所述目标地平面的夹角；

根据所述夹角，以及所述三维扫描仪距离参考地平面的距离，确定所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度；所述参考地平面与所述目标地平面平行；所述参考地平面通过对所述点云进行筛选得到；

根据所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度、所述底面点云中两个底面点之间的最大距离以及三角形的相似性，确定位于所述参考地平面上的凹陷区域的宽度；其中，所述两个底面点之间的连线与所述三维扫描仪照射到所述底面中心点的扫描线垂直。

地面检测设备412的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理器416，存储器428，连接不同设备组件（包括存储器428和处理器416）的总线418。

总线418表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构（ISA）总线，微通道体系结构（MAC）总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会（VESA）局域总线以及外围组件互连（PCI）总线。

地面检测设备412典型地包括多种计算机设备可读存储介质。这些存储介质可以是任何能够被地面检测设备412访问的可用存储介质，包括易失性和非易失性存储介质，可移动的和不可移动的存储介质。

存储器428可以包括易失性存储器形式的计算机设备可读存储介质，例如随机存取存储器（RAM）430和/或高速缓存存储器432。地面检测设备412可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机设备存储介质。仅作为举例，存储系统434可以用于读写不可移动的、非易失性磁存储介质（图9未显示，通常称为“硬盘驱动器”）。尽管图9中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘（例如“软盘”）读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘（例如CD-ROM, DVD-ROM或者其它光存储介质）读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据存储介质接口与总线418相连。存储器428可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组（例如至少一个）程序模块，这些程序模块被配置以执行本申请各实施例的功能。

具有一组（至少一个）程序模块442的程序/实用工具440，可以存储在例如存储器428中，这样的程序模块442包括但不限于操作设备、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块442通常执行本申请所描述的实施例中的功能和/或方法。

地面检测设备412也可以与一个或多个外部设备414（例如键盘、指向设备、显示器424等）通信，还可与一个或者多个使得用户能与该地面检测设备412交互的设备通信，和/或与使得该地面检测设备412能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备（例如网卡，调制解调器等等）通信。这种通信可以通过输入/输出（I/O）接口422进行。并且，地面检测设备412还可以通过网络适配器420与一个或者多个网络（例如局域网（LAN），广域网（WAN）和/或公共网络，例如因特网）通信。如图9所示，网络适配器420通过总线418与地面检测设备412的其它模块通信。应当明白，尽管图9中未示出，可以结合地面检测设备412使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID设备、磁带驱动器以及数据备份存储设备等。

处理器416通过运行存储在存储器428中的多个程序中其他程序的至少一个，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本申请实施例所提供的一种地面检测方法。

本申请一种实施例提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行地面检测方法，包括：

确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云；所述目标地平面根据三维扫描仪的安装高度以及坐标系的原点确定，所述坐标系的原点位于自主移动设备的中心点；

根据所述底面点云中底面中心点的坐标，以及所述三维扫描仪距离所述目标地平面的高度，确定所述三维扫描仪照射到所述底面中心点的扫描线，与所述目标地平面的夹角；

根据所述夹角，以及所述三维扫描仪距离参考地平面的距离，确定所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度；所述参考地平面与所述目标地平面平行；所述参考地平面通过对所述点云进行筛选得到；

根据所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度、所述底面点云中两个底面点之间的最大距离以及三角形的相似性，确定位于所述参考地平面上的凹陷区域的宽度；其中，所述两个底面点之间的连线与所述三维扫描仪照射到所述底面中心点的扫描线垂直。

本申请实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的存储介质的任意组合。计算机可读存储介质可以是计算机可读信号存储介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的设备、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形存储介质，该程序可以被指令执行设备、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号存储介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行设备、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的存储介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或设备上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种地面检测方法，其特征在于，由自主移动设备执行，所述自主移动设备上设置有三维扫描仪，所述方法包括：

确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云；所述目标地平面根据三维扫描仪的安装高度以及坐标系的原点确定，所述坐标系的原点位于自主移动设备的中心点；

根据所述底面点云中底面中心点的坐标，以及所述三维扫描仪距离所述目标地平面的高度，确定所述三维扫描仪照射到所述底面中心点的扫描线，与所述目标地平面的夹角；

根据所述夹角，以及所述三维扫描仪距离参考地平面的距离，确定所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度；所述参考地平面与所述目标地平面平行；所述参考地平面通过对所述点云进行筛选得到；

根据所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度、所述底面点云中两个底面点之间的最大距离以及三角形的相似性，确定位于所述参考地平面上的凹陷区域的宽度；其中，所述两个底面点之间的连线与所述三维扫描仪照射到所述底面中心点的扫描线垂直。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云之前，所述方法还包括：

根据所述三维扫描仪的安装高度，确定目标地平面的坐标；

若根据所述三维扫描仪获取的点云沿目标地平面法线方向的坐标，以及目标地平面沿法线方向的坐标，确定点云位于目标地平面以下，则确定所述点云为凹陷区域的点云。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云之前，所述方法还包括：

确定所述凹陷区域的点云数量，与三维扫描仪获取的点云数量的比值；

若所述比值大于预设比值阈值，则继续执行确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云的步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度之前，所述方法还包括：

采用随机一致性算法，根据所述点云确定点云平面；

将与所述目标地平面平行度最高的点云平面，确定为参考地平面。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述底面点云中底面中心点的坐标，以及所述三维扫描仪距离目标地平面的高度，确定所述三维扫描仪照射到所述底面中心点的扫描线，与所述目标地平面的夹角，包括：

将通过三维扫描仪且垂直于目标地平面的直线确定为竖直轴；

根据三维扫描仪沿所述竖直轴方向的坐标绝对值与所述底面中心点沿所述竖直轴方向的坐标绝对值之和，以及所述底面中心点与所述竖直轴的距离，确定所述夹角的正切值；

根据所述正切值，确定所述夹角的角度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述夹角，以及三维扫描仪距离参考地平面的距离，确定所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度，包括：

根据所述目标地平面的坐标以及所述参考地平面的坐标，确定所述目标地平面与所述参考地平面之间的距离；

根据所述三维扫描仪距离目标地平面的高度，以及所述目标地平面与所述参考地平面之间的距离，确定所述三维扫描仪距离所述参考地平面的高度；

根据所述三维扫描仪距离所述参考地平面的高度、所述夹角的正弦值，确定所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云之前，所述方法还包括：

通过惯性测量单元获取三维扫描仪在自身坐标系中的竖直轴与地轴之间的角度；

根据所述角度，对所述三维扫描仪获取的点云坐标进行修正。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云之前，所述方法还包括：

在所述自主移动设备开始运动之前，通过惯性测量单元基于预设数据采集频率，获取所述三维扫描仪的第一姿态数据；

控制所述自主移动设备运动，并通过惯性测量单元实时获取所述三维扫描仪的第二姿态数据；

若所述第一姿态数据和所述第二姿态数据的差值大于预设惯性差值阈值，则暂停通过三维扫描仪获取点云数据，直到所述第一姿态数据和所述第二姿态数据的差值小于或等于预设惯性差值阈值。

9.一种地面检测装置，其特征在于，配置于自主移动设备中，所述自主移动设备上设置有三维扫描仪，所述装置包括：

底面点云确定模块，用于确定三维扫描仪获取的凹陷区域的点云中，与目标地平面距离最大的底面点云；所述目标地平面根据三维扫描仪的安装高度以及坐标系的原点确定，所述坐标系的原点位于自主移动设备的中心点；

夹角确定模块，用于根据所述底面点云中底面中心点的坐标，以及所述三维扫描仪距离所述目标地平面的高度，确定所述三维扫描仪照射到所述底面中心点的扫描线，与所述目标地平面的夹角；

扫描线段长度确定模块，用于根据所述夹角，以及所述三维扫描仪距离参考地平面的距离，确定所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度；所述参考地平面与所述目标地平面平行；所述参考地平面通过对所述点云进行筛选得到；

凹陷宽度确定模块，用于根据所述三维扫描仪照射到凹陷区域的边缘点的扫描线段的长度、所述底面点云中两个底面点之间的最大距离以及三角形的相似性，确定位于参考地平面上的凹陷区域的宽度；其中，所述两个底面点之间的连线与所述三维扫描仪照射到所述底面中心点的扫描线垂直。

10.一种地面检测设备，其特征在于，所述地面检测设备包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-8中任一项所述的地面检测方法。

11.一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，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的地面检测方法。

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