Segmentación y parametrización de líneas en datos láser 2D basado en agrupamiento por desplazamiento de media

Abstract

El presente artículo realiza una exposición de un algoritmo robusto implementado para la segmentación y caracterización de lecturas obtenidas a través un barrido realizado por un sensor láser, obteniendo los parámetros polares que definen los segmentos de las líneas rectas que describen el ambiente escaneado. Se propone una estrategia de Mean Shift Clustering, que utiliza la media de los puntos del barrido láser, enmarcados en una elipse orientable, como estimación del gradiente de la densidad de puntos dentro de la ventana. El agrupamiento se alcanza deslizando dicha elipse hacia zonas del espacio donde la densidad de puntos es máxima, y reorientándola hacia la dirección de mayor dispersión de datos. Cada conjunto de puntos agrupados es procesado por un algoritmo RANSAC (Random Sample and Consensus) modificado, este método consiste en la construcción de hipótesis del modelo a partir de subconjuntos de datos mínimos escogidos al azar, y la evaluación de su validez con el apoyo de todos los datos, a medida que se actualizan las densidades de probabilidad asociadas. Los parámetros de los segmentos detectados son estimados por una regresión de TLS (Total Least Squares), que minimiza la suma de cuadrados de las diferencias entre la función y los datos. El algoritmo ha sido evaluado en entornos de interior usando como plataforma móvil un robot Pionner 3DX equipado con un sensor láser SICK, obteniendo resultados satisfactorios en cuanto a la compacidad y error de los parámetros de las rectas detectadas. De igual forma, se realizaron pruebas con datos simulados de densidad constante, donde el algoritmo clásico de MSC presenta fallas, logrando notables mejoras en la segmentación y parametrización de las rectas.