斜坡坡度角獲取方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種斜坡坡度角獲取方法及裝置，該方法包括：獲取斜坡所在區(qū)域的多幅斜坡圖像，所述斜坡包括第一平面以及第二平面；利用特征點(diǎn)提取算法，提取所述多幅斜坡圖像的特征點(diǎn)；根據(jù)所述多幅斜坡圖像的特征點(diǎn)中相匹配的匹配特征點(diǎn)，獲取所述匹配特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)點(diǎn)，所述空間坐標(biāo)點(diǎn)包括每一組匹配特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)位置；利用子空間聚類算法將所述空間坐標(biāo)點(diǎn)分割為第一平面內(nèi)的第一空間坐標(biāo)點(diǎn)以及第二平面內(nèi)的第二空間坐標(biāo)點(diǎn)；根據(jù)所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)以及第二空間坐標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算所述第一平面以及所述第二平面之間的夾角，所述夾角為所述斜坡的坡度角。
【專利說明】
斜坡坡度角獲取方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及圖像處理領(lǐng)域，具體而言，設(shè)及一種斜坡坡度角獲取方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用視覺對(duì)斜坡坡度角進(jìn)行估計(jì)最早應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域，目前應(yīng)用在無人直升機(jī) 和各國(guó)的空間探測(cè)器的自主著陸過程中，為了保證無人機(jī)和空間探測(cè)器測(cè)成功著陸，必須 對(duì)候選著陸區(qū)域進(jìn)行坡度角估計(jì)。各國(guó)的空間探測(cè)器在早期著陸時(shí)完成坡度角估計(jì)是利用 激光掃描雷達(dá)等獲取距離信息或數(shù)字高程模型，得到信息或者模型后研究一定區(qū)域內(nèi)的地 形坡度角。2000年NASA將由肝L開發(fā)的基于數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,簡(jiǎn)稱 DEM)的地形坡度角估計(jì)算法成功應(yīng)用在火星探測(cè)器著陸過程中。但是基于呢M的地形坡度 角估計(jì)技術(shù)成本高、重量大、耗能高、探測(cè)視場(chǎng)小，就探測(cè)器來說，重量大即探測(cè)器的負(fù)載 大，耗能高，探測(cè)視場(chǎng)小將會(huì)影響到整個(gè)探測(cè)器的任務(wù)規(guī)劃和能效控制等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種斜坡坡度角獲取方法及裝置，通過對(duì)斜坡所 在區(qū)域的圖像進(jìn)行處理，獲取斜坡坡度角，使空間探測(cè)器在著陸時(shí)可W通過機(jī)器視覺估計(jì) 預(yù)著陸區(qū)域坡度角，改善現(xiàn)有技術(shù)中估計(jì)坡度角算法成本高、重量大的問題。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0005] -種斜坡坡度角獲取方法，包括:獲取斜坡所在區(qū)域的多幅斜坡圖像，所述斜坡包 括第一平面W及第二平面;利用特征點(diǎn)提取算法，提取所述多幅斜坡圖像的特征點(diǎn);根據(jù)所 述多幅斜坡圖像的特征點(diǎn)中相匹配的匹配特征點(diǎn)，獲取所述匹配特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo) 點(diǎn)，所述空間坐標(biāo)點(diǎn)包括每一組匹配特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)位置;利用子空間聚類算法將 所述空間坐標(biāo)點(diǎn)分割為第一平面內(nèi)的第一空間坐標(biāo)點(diǎn)W及第二平面內(nèi)的第二空間坐標(biāo)點(diǎn)； 根據(jù)所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)W及第二空間坐標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算所述第一平面W及所述第二平面之間 的夾角，所述夾角為所述斜坡的坡度角。
[0006] -種斜坡坡度角獲取裝置，所述裝置包括:圖像獲取模塊，用于獲取斜坡所在區(qū)域 的多幅斜坡圖像，所述斜坡包括第一平面W及第二平面;特征點(diǎn)提取模塊，用于利用特征點(diǎn) 提取算法，提取所述多幅斜坡圖像的特征點(diǎn)；空間坐標(biāo)點(diǎn)獲取模塊，用于根據(jù)所述多幅斜坡 圖像的特征點(diǎn)中相匹配的匹配特征點(diǎn)，獲取所述匹配特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)點(diǎn)，所述空間 坐標(biāo)點(diǎn)包括每一組匹配特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)位置；空間坐標(biāo)點(diǎn)分割模塊，用于利用子空 間聚類算法將所述空間坐標(biāo)點(diǎn)分割為第一平面內(nèi)的第一空間坐標(biāo)點(diǎn)W及第二平面內(nèi)的第 二空間坐標(biāo)點(diǎn);坡度角計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)W及第二空間坐標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算 所述第一平面W及所述第二平面之間的夾角，所述夾角為所述斜坡的坡度角。
[0007] 本發(fā)明實(shí)施例提供的斜坡坡度角獲取方法及裝置，通過對(duì)斜坡所在區(qū)域的斜坡圖 像提取特征點(diǎn)，根據(jù)相互匹配的特征點(diǎn)獲取該斜坡的與相互匹配的特征對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo) 點(diǎn)，再將空間坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)分割為與該斜坡的第一平面對(duì)應(yīng)的第一空間坐標(biāo)點(diǎn)W及與第二平 面對(duì)應(yīng)的第二空間坐標(biāo)點(diǎn)，根據(jù)第一空間坐標(biāo)點(diǎn)W及第二空間坐標(biāo)點(diǎn)求得第一平面與第二 平面之間的夾角，該夾角即為相應(yīng)斜坡的坡度角。對(duì)通過機(jī)器視覺獲得的圖像進(jìn)行處理，獲 得斜坡的坡度角信息。
[0008] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合 所附附圖，作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0009] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0010] 圖1示出了本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的計(jì)算機(jī)的方框示意圖；
[0011] 圖2示出了本發(fā)明第一實(shí)施例提供的斜坡坡度角獲取方法的流程圖；
[0012] 圖3示出了本發(fā)明第一實(shí)施例提供的斜坡坡度角獲取方法的一種實(shí)施方式的流程 圖；
[0013] 圖4示出了本發(fā)明第一實(shí)施例提供的斜坡坡度角獲取方法的另一種實(shí)施方式的流 程圖；
[0014] 圖5示出了本發(fā)明第二實(shí)施例提供的斜坡坡度角獲取裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在 此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可WW各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。因 此，W下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的 范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做 出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0016] 應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一 個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。同時(shí)，在本發(fā)明的 描述中，術(shù)語"第一"、"第二"等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0017] 如圖1所示，是本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的計(jì)算機(jī)100的方框示意圖。所述計(jì)算機(jī)100 包括斜坡坡度角獲取裝置200、存儲(chǔ)器101、存儲(chǔ)控制器102、處理器103、外設(shè)接口 104、輸入 輸出單元105。
[001引所述存儲(chǔ)器101、存儲(chǔ)控制器102、處理器103、外設(shè)接口 104、輸入輸出單元105各元 件相互之間直接或間接地電性連接，W實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的傳輸或交互。例如，運(yùn)些元件相互之 間可通過一條或多條通訊總線或信號(hào)線實(shí)現(xiàn)電性連接。所述斜坡坡度角獲取裝置200包括 至少一個(gè)可W軟件或固件(firmware)的形式存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器101中的軟件功能模塊。所 述處理器103用于執(zhí)行存儲(chǔ)器101中存儲(chǔ)的可執(zhí)行模塊，例如所述斜坡坡度角獲取裝置200 包括的軟件功能模塊或計(jì)算機(jī)程序。
[0019] 其中，存儲(chǔ)器101可W是，但不限于，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器IOURandom Access Memory, RAM)，只讀存儲(chǔ)器 101 (Read Only Memoir ,ROM)，可編程只讀存儲(chǔ)器 101 (Programmable Read-Only Memory,PROM),可擦除只讀存儲(chǔ)器 101 化rasable Programmable Read-Only Memoir ,EPROM),電可擦除只讀存儲(chǔ)器 lOUElechic Erasable Programmable Read-Only Memory,邸PROM)等。其中，存儲(chǔ)器101用于存儲(chǔ)程序，所述處理器103在接收到執(zhí)行指令后， 執(zhí)行所述程序，本發(fā)明實(shí)施例任一實(shí)施例掲示的流過程定義的服務(wù)器/計(jì)算機(jī)所執(zhí)行的方 法可W應(yīng)用于處理器103中，或者由處理器103實(shí)現(xiàn)。
[0020] 處理器103可能是一種集成電路忍片，具有信號(hào)的處理能力。上述的處理器103可 W是通用處理器103,包括中央處理器103(Central Processing Unit,簡(jiǎn)稱CPU)、網(wǎng)絡(luò)處理 器103(化twork Processor,簡(jiǎn)稱NP)等;還可W是數(shù)字信號(hào)處理器103(DSP)、專用集成電路 (ASIC)、現(xiàn)成可編程口陣列(FPGA)或者其他可編程邏輯器件、分立口或者晶體管邏輯器件、 分立硬件組件?？蒞實(shí)現(xiàn)或者執(zhí)行本發(fā)明實(shí)施例中的公開的各方法、步驟及邏輯框圖。通用 處理器103可W是微處理器103或者該處理器103也可W是任何常規(guī)的處理器103等。
[0021] 所述外設(shè)接口 104將各種輸入/輸入裝置禪合至處理器103W及存儲(chǔ)器101。在一些 實(shí)施例中，外設(shè)接口 104,處理器103W及存儲(chǔ)控制器102可W在單個(gè)忍片中實(shí)現(xiàn)。在其他一 些實(shí)例中，他們可W分別由獨(dú)立的忍片實(shí)現(xiàn)。
[0022] 輸入輸出單元105用于提供給用戶輸入數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)用戶與計(jì)算機(jī)的交互。所述輸入 輸出單元可W是，但不限于，鼠標(biāo)和鍵盤等。
[0023] 本方法用于獲取一定區(qū)域范圍內(nèi)的斜坡坡度角。具體的，可W用于空間探測(cè)器等 在著陸之前對(duì)欲著陸區(qū)域進(jìn)行斜坡的坡度角進(jìn)行獲取，W尋求具有適宜著陸斜坡的最佳著 陸區(qū)域。當(dāng)然，本發(fā)明實(shí)施例的具體應(yīng)用領(lǐng)域并不作為限定，也可W是其他需要獲取斜坡坡 度角的領(lǐng)域。W下為對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)說明。
[0024] 第一實(shí)施例
[0025] 圖2示出了本發(fā)明第一實(shí)施例提供的斜坡坡度角獲取方法。請(qǐng)參見圖2,該方法包 括：
[0026] 步驟SllO:獲取斜坡所在區(qū)域的多幅斜坡圖像，所述斜坡包括第一平面W及第二 平面。
[0027] 該斜坡為需要獲取坡度角的斜坡，對(duì)于空間探測(cè)器的著陸，該區(qū)域?yàn)橛懙膮^(qū) 域。獲取需要獲得斜坡坡度角的區(qū)域的多幅斜坡圖像，并且，該多幅斜坡圖像為從不同方位 進(jìn)行拍攝獲得的圖像，圖像內(nèi)存在斜坡，優(yōu)選的，本發(fā)明實(shí)施例每次獲取一個(gè)斜坡的坡度 角?？蒞理解的，對(duì)于平坦地面，認(rèn)為存在坡度角為0的斜坡。
[0028] 并且，對(duì)于斜坡，包括第一平面W及第二平面，該第一平面W及第二平面為構(gòu)成具 有坡度角的斜坡的平面。
[0029] 步驟S120:利用特征點(diǎn)提取算法，提取所述多幅斜坡圖像的特征點(diǎn)。
[0030] 對(duì)多幅斜坡圖像提取特征點(diǎn)，具體提取特征點(diǎn)的方法在本實(shí)施例中并不作為限 定，例如，可W是SIFT特征點(diǎn)檢測(cè)算法。
[0031] 該提取的特征點(diǎn)為斜坡圖像中斜坡的第一平面W及第二平面內(nèi)的特征點(diǎn)。
[0032] 并且，在本實(shí)施例中，還包括根據(jù)特征點(diǎn)匹配算法，獲取多幅斜坡圖像的特征點(diǎn)中 相匹配的匹配特征點(diǎn)。
[0033] 具體的，由于多幅斜坡圖像中存在同樣的需要獲取坡度角的斜坡，于是，多幅斜坡 圖像中的特征點(diǎn)之間存在相互匹配的特征點(diǎn)。W兩幅斜坡圖像為例，該兩幅斜坡圖像分別 為第一圖像W及第二圖像，第一圖像中的特征點(diǎn)中存在與第二圖像中部分特征點(diǎn)相匹配的 特征點(diǎn)，在第一圖像與第二圖像中相匹配的特征點(diǎn)分別為各自的匹配特征點(diǎn)。
[0034] 步驟S130:根據(jù)所述多幅斜坡圖像的特征點(diǎn)中相匹配的匹配特征點(diǎn)，獲取所述匹 配特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)點(diǎn)，所述空間坐標(biāo)點(diǎn)包括每一組匹配特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)位 置。
[0035] 根據(jù)每一組相互匹配的匹配特征點(diǎn)，可W獲取對(duì)應(yīng)的一個(gè)空間坐標(biāo)點(diǎn)。W第一圖 像W及第二圖像為例，第一圖像與第二圖像中相互匹配的一對(duì)匹配特征點(diǎn)可W對(duì)應(yīng)確定一 個(gè)空間坐標(biāo)點(diǎn)，該空間坐標(biāo)點(diǎn)為在一個(gè)固定的=維坐標(biāo)系中存在固定位置的坐標(biāo)點(diǎn)，如可 W是在世界坐標(biāo)系內(nèi)的一個(gè)位置的坐標(biāo)點(diǎn)。由于在斜坡圖像中存在多組相互匹配的匹配特 征點(diǎn)，于是可W獲得該斜坡的多個(gè)空間坐標(biāo)點(diǎn)。
[0036] 具體的，根據(jù)匹配特征點(diǎn)獲取空間坐標(biāo)點(diǎn)的方法在本實(shí)施例中并不作為限制，如， 可W是二角定位算法。
[0037] 步驟S140:利用子空間聚類算法將所述空間坐標(biāo)點(diǎn)分割為第一平面內(nèi)的第一空間 坐標(biāo)點(diǎn)W及第二平面內(nèi)的第二空間坐標(biāo)點(diǎn)。
[0038] 由于在步驟S130中獲得的斜坡的空間坐標(biāo)點(diǎn)分別為第一平面W及第二平面內(nèi)的 =維空間坐標(biāo)點(diǎn)，但是對(duì)于每一個(gè)空間坐標(biāo)點(diǎn)，需要知道其實(shí)際屬于第一平面還是第二平 面，于是，將步驟S130獲得的空間坐標(biāo)點(diǎn)分割為屬于第一平面的第一空間坐標(biāo)點(diǎn)W及屬于 第二平面的第二空間坐標(biāo)點(diǎn)。
[0039] 可W采用子空間聚類算法對(duì)空間坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行分割，具體的，可W是稀疏子空間聚 類算法。當(dāng)然，在本實(shí)施例中，分割空間坐標(biāo)點(diǎn)的算法并不作為限定。
[0040] 進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，由于獲取的空間坐標(biāo)點(diǎn)可能存在不在第一平面或者不 在第二平面的噪聲點(diǎn)，需要對(duì)其進(jìn)行剔除。
[0041] 具體的，可W利用RANSAC算法去除所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)內(nèi)不在所述第一平面內(nèi)的 點(diǎn)，W及利用RANSAC算法去除所述第二空間坐標(biāo)點(diǎn)內(nèi)不在所述第二平面內(nèi)的點(diǎn)。
[0042] 具體的，如圖3所示，對(duì)于第一空間坐標(biāo)點(diǎn)，包括：
[0043] 步驟S141:多次從所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)中選取任意=個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，當(dāng)所述=個(gè)坐標(biāo) 點(diǎn)不共線，計(jì)算所述=個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所在的坐標(biāo)平面。
[0044] 選取的=個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)包含于第一空間坐標(biāo)點(diǎn)。當(dāng)然，若某次選取的=個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)共線， 由于共線的=個(gè)點(diǎn)不能唯一確定一個(gè)平面，于是，重新選取任意=個(gè)點(diǎn)，直到選取的=個(gè)點(diǎn) 不共線。
[0045] 對(duì)于每一次選取的=個(gè)不共線的坐標(biāo)點(diǎn)，根據(jù)選取的=個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)可W唯一確定一 個(gè)平面，該平面為坐標(biāo)平面。例如，某次選取的S個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)平面W公式Ax+By+Cz +0 = 0, C聲0.表示，其中x、y W及Z分別表示S維坐標(biāo)系中相互垂直的S個(gè)坐標(biāo)軸對(duì)應(yīng)的未 知數(shù)，A、B、C分別為該坐標(biāo)平面對(duì)應(yīng)x、yW及Z的系數(shù)，D為常數(shù)。
[0046] 步驟S142:每次依次計(jì)算所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)中的其他空間坐標(biāo)點(diǎn)到所述坐標(biāo)平 面的距離，當(dāng)所述距離小于預(yù)定闊值，將到所述坐標(biāo)平面的距離小于預(yù)定闊值的空間坐標(biāo) 點(diǎn)存入相應(yīng)的平面點(diǎn)集合。
[0047] 對(duì)于每一次選取的不共線的=個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)構(gòu)成的坐標(biāo)平面，計(jì)算第一空間坐標(biāo)點(diǎn)中 除該S個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)W外的其他所有坐標(biāo)點(diǎn)到相應(yīng)的坐標(biāo)平面的距離。W上述坐標(biāo)平面Ax+By+ C Z + D = O，C聲O為例，計(jì)算某其他空間坐標(biāo)點(diǎn)i到該坐標(biāo)平面的距離的公式為
其中，d康示距離，Xi、yi及Zi表示空間坐標(biāo)點(diǎn)i的對(duì)應(yīng)；維 空間中的；個(gè)坐標(biāo)軸的值，i的坐標(biāo)位置為(Xi，yi，Zi)。
[0048] 在本實(shí)施例中，預(yù)定闊值為根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置的值，優(yōu)選的，該預(yù)定闊值可W 是為當(dāng)前計(jì)算的其他空間坐標(biāo)點(diǎn)到相應(yīng)坐標(biāo)平面的距離的標(biāo)準(zhǔn)差的兩倍。即預(yù)定闊值s = 2 O，其中
n表示對(duì)于當(dāng)前坐標(biāo)平面，第一空 間坐標(biāo)點(diǎn)中除選取的不共線的=個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)外的其他坐標(biāo)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，O即為標(biāo)準(zhǔn)差。
[0049] 若某坐標(biāo)平面對(duì)應(yīng)的其他坐標(biāo)點(diǎn)中的某坐標(biāo)點(diǎn)到該坐標(biāo)平面的距離大于預(yù)定闊 值，則將該坐標(biāo)點(diǎn)舍棄，即將其去除，若距離滿足小于或等于預(yù)定闊值，則將相應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn) 存入對(duì)應(yīng)當(dāng)前坐標(biāo)平面的平面點(diǎn)集合。
[0050] 步驟S143:選取空間坐標(biāo)點(diǎn)最多的平面點(diǎn)集合內(nèi)的空間坐標(biāo)點(diǎn)作為第一空間坐標(biāo) 點(diǎn)。
[0051] 由于多次選取不共線的=個(gè)空間坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算坐標(biāo)平面，對(duì)應(yīng)的，獲得多個(gè)平面點(diǎn) 集合。選取該多個(gè)平面點(diǎn)集合中空間坐標(biāo)點(diǎn)最多的平面點(diǎn)集合作為有效的平面點(diǎn)集合，即 W該平面點(diǎn)集合中的坐標(biāo)點(diǎn)作為新的第一空間坐標(biāo)點(diǎn)。
[0052] 當(dāng)然，在本實(shí)施例中，也可W只選取一次不共線的=個(gè)空間坐標(biāo)點(diǎn)來剔除第一平 面的噪聲點(diǎn)。具體選擇次數(shù)在本實(shí)施例中并不作為限制。
[0053] 請(qǐng)參見圖3，同樣的，對(duì)于第二空間坐標(biāo)點(diǎn)，包括：
[0054] 步驟S144:多次從所述第二空間坐標(biāo)點(diǎn)中選取任意S個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，當(dāng)所述S個(gè)坐標(biāo) 點(diǎn)不共線，計(jì)算所述=個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所在的坐標(biāo)平面。
[0055] 步驟S145:每次依次計(jì)算所述第二空間坐標(biāo)點(diǎn)中的其他空間坐標(biāo)點(diǎn)到所述坐標(biāo)平 面的距離，當(dāng)所述距離小于或等于預(yù)定闊值，將到所述坐標(biāo)平面的距離小于預(yù)定闊值的空 間坐標(biāo)點(diǎn)存入相應(yīng)的平面點(diǎn)集合。
[0056] 步驟S146:選取空間坐標(biāo)點(diǎn)最多的平面點(diǎn)集合內(nèi)的空間坐標(biāo)點(diǎn)作為第二空間坐標(biāo) 點(diǎn)。
[0057] 將第二空間坐標(biāo)點(diǎn)中的噪聲點(diǎn)剔除獲得新的第二空間坐標(biāo)點(diǎn)的方法與獲得新的 第一空間坐標(biāo)點(diǎn)一致，且其預(yù)定闊值仍為當(dāng)前計(jì)算的其他空間坐標(biāo)點(diǎn)到相應(yīng)坐標(biāo)平面的距 離的標(biāo)準(zhǔn)差的兩倍。
[0058] 當(dāng)然，可W理解的，剔除第一空間坐標(biāo)點(diǎn)內(nèi)不在所述第一平面內(nèi)的點(diǎn)W及剔除第 二空間坐標(biāo)點(diǎn)內(nèi)不在所述第二平面內(nèi)的點(diǎn)的先后順序不作限定，也可W先對(duì)第二空間坐標(biāo) 點(diǎn)進(jìn)行剔除或者同時(shí)進(jìn)行。
[0059] 步驟S150:根據(jù)所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)W及第二空間坐標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算所述第一平面W 及所述第二平面之間的夾角，所述夾角為所述斜坡的坡度角。
[0060] 首先，根據(jù)第一空間坐標(biāo)點(diǎn)W及第二空間坐標(biāo)點(diǎn)分別計(jì)算獲得第一平面W及第二 平面，具體的計(jì)算方法在本實(shí)施例中并不作為限制。例如，可W W最小二次法擬合獲得。
[0061] 獲得第一平面W及第二平面后，可根據(jù)第一平面W及第二平面的平面方程獲得其 法向量，根據(jù)法向量進(jìn)而獲得第一平面W及第二平面的夾角，該夾角即為所要求取的斜坡 的坡度角。
[0062] 具體的，如圖4所示，該步驟可W包括：
[0063] 步驟S151:分別根據(jù)所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)W及所述第二空間坐標(biāo)點(diǎn)，利用最小二 乘法對(duì)所述第一平面W及所述第二平面進(jìn)行擬合。
[0064] 步驟S152:計(jì)算所述第一平面的第一法向量W及所述第二平面的第二法向量。
[0065] 步驟S153:根據(jù)所述第一法向量W及所述第二法向量，計(jì)算所述第一平面與所述 第二平面的夾角。
[0066] 對(duì)于獲得的第一平面可W W方程aox+aiy-z+a2 = 0表示，其中，曰日、曰1、曰2分別表示第 一平面在=維坐標(biāo)系中的系數(shù)，根據(jù)第一平面的平面方程，可W獲得第一平面的法向量，該 法向量為第一法向量。第一法向量可W表示為111(曰0，曰1，1)。同理，第二平面的法向量為第二 法向量，可W表示為ri2(a/ 〇，曰/1，1)。
[0067] 于是，可W求得第一法向量與所述第二法向量的夾角3
根據(jù)幾 何關(guān)系，其夾角度數(shù)值等于所求坡度值，從而求得第一平面與第二平面的夾角，第一平面與 第二平面的夾角即為該斜坡的坡度角。
[006引第二實(shí)施例
[0069] 如圖5所示，本實(shí)施例提供了一種斜坡坡度角獲取裝置200,該裝置包括：
[0070] 圖像獲取模塊210,用于獲取斜坡所在區(qū)域的多幅斜坡圖像，所述斜坡包括第一平 面W及第二平面。
[0071] 特征點(diǎn)提取模塊220,用于利用特征點(diǎn)提取算法，提取所述多幅斜坡圖像的特征 點(diǎn)。
[0072] 空間坐標(biāo)點(diǎn)獲取模塊230,用于根據(jù)所述多幅斜坡圖像的特征點(diǎn)中相匹配的匹配 特征點(diǎn)，獲取所述匹配特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)點(diǎn)，所述空間坐標(biāo)點(diǎn)包括每一組匹配特征點(diǎn) 對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)位置。
[0073] 空間坐標(biāo)點(diǎn)分割模塊240,用于利用子空間聚類算法將所述空間坐標(biāo)點(diǎn)分割為第 一平面內(nèi)的第一空間坐標(biāo)點(diǎn)W及第二平面內(nèi)的第二空間坐標(biāo)點(diǎn)。
[0074] 坡度角計(jì)算模塊250,用于根據(jù)所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)W及第二空間坐標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算所 述第一平面W及所述第二平面之間的夾角，所述夾角為所述斜坡的坡度角。
[0075] 由于空間坐標(biāo)點(diǎn)分割模塊240獲得的第一空間坐標(biāo)點(diǎn)中可能存在不在第一平面內(nèi) 的坐標(biāo)點(diǎn)，W及第二空間坐標(biāo)點(diǎn)中可能存在不在第二平面內(nèi)的坐標(biāo)點(diǎn)，于是，該斜坡坡度角 獲取裝置200還可W包括：
[0076] 噪聲點(diǎn)剔除模塊260,用于去除所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)內(nèi)不在所述第一平面內(nèi)的點(diǎn)， W及去除所述第二空間坐標(biāo)點(diǎn)內(nèi)不在所述第二平面內(nèi)的點(diǎn)。
[0077] 進(jìn)一步的，該噪聲點(diǎn)剔除模塊260可W包括：
[0078] 坐標(biāo)平面獲取單元，用于多次從所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)中選取任意=個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，當(dāng) 所述=個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)不共線，計(jì)算所述=個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所在的坐標(biāo)平面;距離計(jì)算單元，用于每次依 次計(jì)算所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)中的其他空間坐標(biāo)點(diǎn)到所述坐標(biāo)平面的距離，當(dāng)所述距離小于 或等于預(yù)定闊值，將到所述坐標(biāo)平面的距離小于預(yù)定闊值的空間坐標(biāo)點(diǎn)存入相應(yīng)的平面點(diǎn) 集合;空間點(diǎn)確定單元，用于選取空間坐標(biāo)點(diǎn)最多的平面點(diǎn)集合內(nèi)的空間坐標(biāo)點(diǎn)作為第一 空間坐標(biāo)點(diǎn)。
[0079] 進(jìn)一步的，對(duì)于第二空間坐標(biāo)點(diǎn)，坐標(biāo)平面獲取單元還用于多次從所述第二空間 坐標(biāo)點(diǎn)中選取任意立個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，當(dāng)所述立個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)不共線，計(jì)算所述立個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所在的坐 標(biāo)平面;距離計(jì)算單元還用于每次依次計(jì)算所述第二空間坐標(biāo)點(diǎn)中的其他空間坐標(biāo)點(diǎn)到所 述坐標(biāo)平面的距離，當(dāng)所述距離小于或等于預(yù)定闊值，將到所述坐標(biāo)平面的距離小于預(yù)定 闊值的空間坐標(biāo)點(diǎn)存入相應(yīng)的平面點(diǎn)集合;空間點(diǎn)確定單元還用于選取空間坐標(biāo)點(diǎn)最多的 平面點(diǎn)集合內(nèi)的空間坐標(biāo)點(diǎn)作為第二空間坐標(biāo)點(diǎn)。
[0080] 進(jìn)一步的，本實(shí)施例提供的斜坡坡度角獲取裝置200還可W包括:特征點(diǎn)匹配模塊 270,用于根據(jù)特征點(diǎn)匹配算法，獲取多幅斜坡圖像的特征點(diǎn)中相匹配的匹配特征點(diǎn)。
[0081 ]進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，坡度角計(jì)算模塊250可W包括：
[0082] 平面擬合單元，用于分別根據(jù)所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)W及所述第二空間坐標(biāo)點(diǎn)，利 用最小二乘法對(duì)所述第一平面W及所述第二平面進(jìn)行擬合。法向量計(jì)算單元，用于計(jì)算所 述第一平面的第一法向量W及所述第二平面的第二法向量。夾角計(jì)算單元，用于根據(jù)所述 第一法向量W及所述第二法向量，計(jì)算所述第一平面與所述第二平面的夾角。
[0083] 綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的斜坡坡度角獲取方法及裝置，通過獲取的斜坡圖 像的特征點(diǎn)，再根據(jù)特征點(diǎn)中的匹配特征點(diǎn)求得斜坡的部分空間坐標(biāo)點(diǎn)，將空間坐標(biāo)點(diǎn)分 割為對(duì)應(yīng)斜坡的第一平面的第一空間坐標(biāo)點(diǎn)W及對(duì)應(yīng)斜坡的第二平面的第二空間坐標(biāo)點(diǎn)， 從而求得第一平面W及第二平面，進(jìn)而可W獲得斜坡的坡度角。成本小，耗能低。
[0084] 在本申請(qǐng)所提供的幾個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所掲露的裝置和方法，也可W通過 其它的方式實(shí)現(xiàn)。W上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，例如，附圖中的流程圖和框圖 顯示了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的裝置、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的可能實(shí)現(xiàn)的體系架構(gòu)、 功能和操作。在運(yùn)點(diǎn)上，流程圖或框圖中的每個(gè)方框可W代表一個(gè)模塊、程序段或代碼的一 部分，所述模塊、程序段或代碼的一部分包含一個(gè)或多個(gè)用于實(shí)現(xiàn)規(guī)定的邏輯功能的可執(zhí) 行指令。也應(yīng)當(dāng)注意，在有些作為替換的實(shí)現(xiàn)方式中，方框中所標(biāo)注的功能也可W W不同于 附圖中所標(biāo)注的順序發(fā)生。例如，兩個(gè)連續(xù)的方框?qū)嶋H上可W基本并行地執(zhí)行，它們有時(shí)也 可W按相反的順序執(zhí)行，運(yùn)依所設(shè)及的功能而定。也要注意的是，框圖和/或流程圖中的每 個(gè)方框、W及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可W用執(zhí)行規(guī)定的功能或動(dòng)作的專用的基 于硬件的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，或者可W用專用硬件與計(jì)算機(jī)指令的組合來實(shí)現(xiàn)。
[0085] 另外，在本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中的各功能模塊可W集成在一起形成一個(gè)獨(dú)立的部 分，也可W是各個(gè)模塊單獨(dú)存在，也可W兩個(gè)或兩個(gè)W上模塊集成形成一個(gè)獨(dú)立的部分。
[0086] 所述功能如果W軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，可W 存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。基于運(yùn)樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說 對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可WW軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì) 算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中，包括若干指令用W使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可W是個(gè) 人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。 而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括:U盤、移動(dòng)硬盤、只讀存儲(chǔ)器(ROM,Read-Only Memo巧）、隨機(jī)存取存 儲(chǔ)器(RAM,Random Access Memo巧）、磁碟或者光盤等各種可W存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。需要 說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與 另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示運(yùn)些實(shí)體或操作之間存在任何運(yùn)種實(shí) 際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包 含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括 沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為運(yùn)種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。 在沒有更多限制的情況下，由語句"包括一個(gè)……"限定的要素，并不排除在包括所述要素 的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0087] W上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可W有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號(hào)和字母在 下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需 要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。
[0088] W上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述W權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種斜坡坡度角獲取方法，其特征在于，包括： 獲取斜坡所在區(qū)域的多幅斜坡圖像，所述斜坡包括第一平面以及第二平面； 利用特征點(diǎn)提取算法，提取所述多幅斜坡圖像的特征點(diǎn)； 根據(jù)所述多幅斜坡圖像的特征點(diǎn)中相匹配的匹配特征點(diǎn)，獲取所述匹配特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 空間坐標(biāo)點(diǎn)，所述空間坐標(biāo)點(diǎn)包括每一組匹配特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)位置； 利用子空間聚類算法將所述空間坐標(biāo)點(diǎn)分割為第一平面內(nèi)的第一空間坐標(biāo)點(diǎn)以及第 二平面內(nèi)的第二空間坐標(biāo)點(diǎn)； 根據(jù)所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)以及第二空間坐標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算所述第一平面以及所述第二平面 之間的夾角，所述夾角為所述斜坡的坡度角。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算所述第一平面以及所述第二平面 之間的夾角之前，包括： 去除所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)內(nèi)不在所述第一平面內(nèi)的點(diǎn)，以及 去除所述第二空間坐標(biāo)點(diǎn)內(nèi)不在所述第二平面內(nèi)的點(diǎn)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述去除所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)內(nèi)不在所述 第一平面內(nèi)的點(diǎn)包括： 多次從所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)中選取任意三個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，當(dāng)所述三個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)不共線，計(jì)算 所述三個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所在的坐標(biāo)平面； 每次依次計(jì)算所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)中的其他空間坐標(biāo)點(diǎn)到所述坐標(biāo)平面的距離，當(dāng)所 述距離小于或等于預(yù)定閾值，將到所述坐標(biāo)平面的距離小于預(yù)定閾值的空間坐標(biāo)點(diǎn)存入相 應(yīng)的平面點(diǎn)集合； 選取空間坐標(biāo)點(diǎn)最多的平面點(diǎn)集合內(nèi)的空間坐標(biāo)點(diǎn)作為第一空間坐標(biāo)點(diǎn)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述去除所述第二空間坐標(biāo)點(diǎn)內(nèi)不在所述 第二平面內(nèi)的點(diǎn)包括： 多次從所述第二空間坐標(biāo)點(diǎn)中選取任意三個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，當(dāng)所述三個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)不共線，計(jì)算 所述三個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所在的坐標(biāo)平面； 每次依次計(jì)算所述第二空間坐標(biāo)點(diǎn)中的其他空間坐標(biāo)點(diǎn)到所述坐標(biāo)平面的距離，當(dāng)所 述距離小于或等于預(yù)定閾值，將到所述坐標(biāo)平面的距離小于預(yù)定閾值的空間坐標(biāo)點(diǎn)存入相 應(yīng)的平面點(diǎn)集合； 選取空間坐標(biāo)點(diǎn)最多的平面點(diǎn)集合內(nèi)的空間坐標(biāo)點(diǎn)作為第二空間坐標(biāo)點(diǎn)。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或者4所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定閾值為當(dāng)前計(jì)算的其他空 間坐標(biāo)點(diǎn)到相應(yīng)坐標(biāo)平面的距離的標(biāo)準(zhǔn)差的兩倍。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述提取所述多幅斜坡圖像的特征點(diǎn)之 后，包括： 根據(jù)特征點(diǎn)匹配算法，獲取多幅斜坡圖像的特征點(diǎn)中相匹配的匹配特征點(diǎn)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算所述第一平面以及所述第二平面 之間的夾角包括： 分別根據(jù)所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)以及所述第二空間坐標(biāo)點(diǎn)，利用最小二乘法對(duì)所述第一 平面以及所述第二平面進(jìn)行擬合； 計(jì)算所述第一平面的第一法向量以及所述第二平面的第二法向量； 根據(jù)所述第一法向量以及所述第二法向量，計(jì)算所述第一平面與所述第二平面的夾 角。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述子空間聚類算法為稀疏子空間聚類算 法。9. 一種斜坡坡度角獲取裝置，其特征在于，所述裝置包括： 圖像獲取模塊，用于獲取斜坡所在區(qū)域的多幅斜坡圖像，所述斜坡包括第一平面以及 第二平面； 特征點(diǎn)提取模塊，用于利用特征點(diǎn)提取算法，提取所述多幅斜坡圖像的特征點(diǎn)； 空間坐標(biāo)點(diǎn)獲取模塊，用于根據(jù)所述多幅斜坡圖像的特征點(diǎn)中相匹配的匹配特征點(diǎn)， 獲取所述匹配特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)點(diǎn)，所述空間坐標(biāo)點(diǎn)包括每一組匹配特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空 間坐標(biāo)位置； 空間坐標(biāo)點(diǎn)分割模塊，用于利用子空間聚類算法將所述空間坐標(biāo)點(diǎn)分割為第一平面內(nèi) 的第一空間坐標(biāo)點(diǎn)以及第二平面內(nèi)的第二空間坐標(biāo)點(diǎn)； 坡度角計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)以及第二空間坐標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算所述第一 平面以及所述第二平面之間的夾角，所述夾角為所述斜坡的坡度角。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述坡度角計(jì)算模塊包括： 平面擬合單元，用于分別根據(jù)所述第一空間坐標(biāo)點(diǎn)以及所述第二空間坐標(biāo)點(diǎn)，利用最 小二乘法對(duì)所述第一平面以及所述第二平面進(jìn)行擬合； 法向量計(jì)算單元，用于計(jì)算所述第一平面的第一法向量以及所述第二平面的第二法向 量； 夾角計(jì)算單元，用于根據(jù)所述第一法向量以及所述第二法向量，計(jì)算所述第一平面與 所述第二平面的夾角。
【文檔編號(hào)】G01C9/00GK105953773SQ201610265832
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月26日
【發(fā)明人】曹云峰, 李海波, 丁萌, 莊麗葵, 陶江
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)