CN109558471B - 栅格地图的更新方法、装置、存储介质和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了栅格地图的更新方法，涉及地图信息采集领域，包括步骤：获取待更新的栅格子图以及更新素材；其中，所述更新素材为点云图；根据所述点云图的位姿与所述栅格子图的位姿，计算所述点云图与所述栅格子图的相对位姿；将所述点云图中的、且与障碍物格点的位置关系满足预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，得到已修正点云图；根据所述已修正点云图及所述相对位姿，更新所述栅格子图。本发明实施例还提供了栅格地图的更新方法、装置、存储介质和系统，能有效提高得到的栅格子图的精确性，进而提高构建的栅格地图的精确性。

Description

栅格地图的更新方法、装置、存储介质和系统

技术领域

本发明涉及地图信息采集领域，尤其涉及一种栅格地图的更新方法、装置、存储介质和系统。

背景技术

栅格地图法作为机器人学中地图的主要表示方法之一，通过将环境划分成一系列的栅格，其中每一栅格给定一个可能值，表示该栅格被障碍物占据的概率，从而构建当前环境的栅格地图。为了根据机器人获取的点云图对栅格地图进行更新，从而得到更加全面而准确的栅格地图，需要对点云图的位姿进行计算。

在现有技术中，通常是通过消除点云图与栅格子图之间的位移差，将所述点云图中的障碍物格点添加到所述栅格子图中。但是在实施本发明的过程中，发明人发现，在对障碍物进行扫描时，得到的障碍物格点往往是离散的，使得点云图与栅格子图中，指示相同位置的格点的重合度较低，对所述栅格子图进行更新之后，其中标识的障碍物位置可能发生偏移，导致所述栅格子图的精确性受到影响。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种栅格地图的更新方法、装置、存储介质和系统，能有效提高得到的栅格子图的精确性，进而提高构建的栅格地图的精确性。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种栅格地图的更新方法，包括步骤：

获取待更新的栅格子图以及更新素材；其中，所述更新素材为点云图；

根据所述点云图的位姿与所述栅格子图的位姿，计算所述点云图与所述栅格子图的相对位姿；

将所述点云图中的、且与障碍物格点的位置关系满足预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，得到已修正点云图；

根据所述已修正点云图及所述相对位姿，更新所述栅格子图。

作为上述方案的改进，当所述点云图中的任一非障碍物格点，处于任两个障碍物格点之间，同时所述任两个障碍物格点的间距大于格点边长，且小于预设阈值，则认为该非障碍物格点满足所述预设条件。

作为上述方案的改进，所述根据所述已修正点云图及所述相对位姿，更新所述栅格子图，包括步骤：

根据所述已修正点云图与所述栅格子图的位移差，确定所述已修正点云图中的障碍物格点在所述栅格子图中的对应格点；

将所述栅格子图中的所述对应格点置为障碍物格点。

作为上述方案的改进，所述点云图中的格点包括障碍物格点与非障碍物格点。

作为上述方案的改进，通过如下步骤预先标记所述点云图中的障碍物格点和非障碍物格点：

接收反射回来的激光信号；

根据接收到的激光信号，计算相应的距离以及方位，从而确定反射位置；

根据所述反射位置，确定对应格点；

将所述对应格点标记为障碍物格点，将非所述对应格点标记为非障碍物格点，得到所述点云图。

作为上述方案的改进，所述根据所述点云图的位姿与所述栅格子图的位姿，计算所述点云图与所述栅格子图的相对位姿，包括步骤：

基于预设的分辨率对所述点云图进行滤波，以在相应的精度范围内确定所述点云图与所述栅格子图的相对位姿的坐标，得到粗定相对位姿；

判断所述粗定相对位姿是否达到预设要求；

若所述粗定相对位姿的精度未达到预设要求，调整所述分辨率，并根据所述粗定相对位姿再次进行所述滤波，以更新所述粗定相对位姿；

若所述粗定相对位姿的精度达到预设要求，基于所述粗定相对位姿进行梯度寻优，以确定所述点云图与所述栅格子图的相对位姿。

本发明实施例还提供了一种栅格地图的更新装置，包括：

素材获取模块，用于获取待更新的栅格子图以及更新素材；其中，所述更新素材为点云图；

位姿计算模块，用于根据所述点云图的位姿与所述栅格子图的位姿，计算所述点云图与所述栅格子图的相对位姿；

格点修正模块，用于将所述点云图中的、且与障碍物格点的位置关系满足预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，得到已修正点云图；

子图更新模块，用于根据所述已修正点云图及所述相对位姿，更新所述栅格子图。

本发明实施例还提供了一种地图构建的位姿计算装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任意一项所述的更新方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上任意一项所述的更新方法。

本发明实施例还提供了一种栅格地图的更新系统，包括更新装置和服务器；

所述更新装置，用于通过如上所述的更新方法，更新栅格子图，并将更新后的栅格子图发送到所述服务器；

所述服务器，用于接收所述更新后的栅格子图，并根据接收到的栅格子图构建栅格地图。

与现有技术相比，本发明公开的栅格地图的更新方法、装置、存储介质和系统，通过获取待更新的栅格子图以及作为更新素材的点云图，计算所述点云图与所述栅格子图的相对位姿，并将所述点云图中的、且与障碍物格点的位置关系满足预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，得到已修正点云图，从而根据所述已修正点云图和所述相对位置对所述栅格子图进行更新。由于在进行更新之前，将位置满足所述预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，避免了由于障碍物格点过于离散所导致的重合度较低的技术问题，提高了栅格子图中对障碍物位置标记的精确性，从而提高了得到的栅格地图的精确性。

附图说明

图1是本发明实施例1的一种栅格地图的更新方法的流程示意图。

图2是如图1所示的更新方法的预先标记点云图的流程示意图。

图3是如图1所示的更新方法的步骤S120的流程示意图。

图4是如图1所示的更新方法的步骤S140的流程示意图。

图5是本发明实施例2的一种栅格地图的更新装置的结构示意图。

图6是本发明实施例3的一种栅格地图的更新装置的结构示意图。

图7是本发明实施例4的一种栅格地图的更新系统的结构示意图。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明实施例1提供了一种栅格地图的更新方法，该更新方法可以运行在具有激光接收功能的地图信息采集设备上，例如具有激光接收功能的机器人等。参见图1，是实施例1提供的一种栅格地图的更新方法的流程示意图，该更新方法包括步骤S110至步骤S140。

S110、获取待更新的栅格子图以及更新素材；其中，所述更新素材为点云图。

本方法中获取的所述点云图，可以是由所述机器人根据接收到的反射回来的激光信号，确定所述激光信号的反射位置的对应格点进行构建，从而得到所述点云图。可以理解地，也可以是其他可以接收激光信号的设备接收激光信号，并由具有地图运算能力的设备构建所述点云图，均不影响本发明可取得的有益效果。

优选地，所述点云图中的格点包括障碍物格点和非障碍物格点。也即在所述点云帧当中，每一格点对应具有一元素值，非障碍物格点对应的元素值为零，障碍物格点对应的元素值为非零。例如，可以采用稀疏矩阵的形式表示所述点云图，将每一非障碍物格点的元素值标记为零，将每一障碍物格点的元素值标记为一。可以理解地，也可以是将每一非障碍物格点的元素值标记为非零，将每一障碍物格点的元素值标记为零，在实际应用中，可以根据具体情况选取合适的二值化的表示方式，均不影响本发明可取得的有益效果。

更优选地，参见图2，可以是通过如步骤S101至步骤S104所示的流程预先标记所述点云图中的障碍物格点和非障碍物格点。

S101、接收反射回来的激光信号。

其中，所述激光信号可以有执行本方法的设备发射，或是由外部的其他设备发射，均不影响本发明可取得的有益效果。

S102、根据接收到的激光信号，计算相应的距离以及方位，从而确定反射位置。

S103、根据所述反射位置，确定对应格点。

S104、将所述对应格点标记为障碍物格点，将非所述对应格点标记为非障碍物格点，得到所述点云图。

S120、根据所述点云图的位姿与所述栅格子图的位姿，计算所述点云图与所述栅格子图的相对位姿。

具体地，参见图3，步骤S120可以通过步骤S121至步骤S124所示的流程执行。

S121、基于预设的分辨率对所述点云图进行滤波，以在相应的精度范围内确定所述点云图与所述栅格子图的相对位姿的坐标，得到粗定相对位姿。

优选地，所述滤波可以是最大值滤波。在实际应用中，可以根据具体情况选取相应的滤波方式，不影响本发明可取得的有益效果。

S122、判断所述粗定相对位姿是否达到预设要求。

例如，所述预设要求可以是所述粗定相对位姿指向唯一格点。而在实际应用中，所述预设要求也可以是所述粗定相对位姿指向3×3格点构成方格，或是其他形状或大小的区域，均不影响本发明可取得的有益效果。

S123、若所述粗定相对位姿的精度未达到预设要求，调整所述分辨率，并根据所述粗定相对位姿再次进行所述滤波，以更新所述粗定相对位姿。

S124、若所述粗定相对位姿的精度达到预设要求，基于所述粗定相对位姿进行梯度寻优，以确定所述点云图与所述栅格子图的相对位姿。

优选地，采用Levenberg-Marquardt算法进行所述梯度寻优，以得到所述相对位姿。

作为步骤S121至步骤S124的举例，假设所述预设的分辨率为27×27，即以27×27的格点作为所述滤波的窗口大小，第一次执行所述滤波时，所述粗定相对位姿的精度达到27×27，而未达到所述预设要求，也即唯一格点，因此需要对所述分辨率进行调整。例如，可以将所述分辨率调整到1×1；优选地，可以是在再次执行所述滤波时，将所述分辨率调整为上一次执行的分辨率的特定倍数，例如第一次执行所述滤波时，所述分辨率为27×27，第二次执行时调整为9×9，第三次执行时调整为3×3，以此类推。可以理解地，所述分辨率的设置不限于上述举例，在实际应用中，可以根据具体情况进行调整，不影响本发明可取得的有益效果。

S130、将所述点云图中的、且与障碍物格点的位置关系满足预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，得到已修正点云图。

作为一种优选的实施方式，可以是当所述点云图中的任一非障碍物格点，处于任两个障碍物格点之间，同时所述任两个障碍物格点的间距大于格点边长，且小于预设阈值，则认为该非障碍物格点满足所述预设条件。例如，当任意两个障碍物格点之间，存在一个或若干个非障碍物格点，且所述任意两个障碍物格点之间的见于大于格点边长，小于所述预设阈值，则将所述一个或若干个非障碍物格点均置为障碍物格点。更优选地，所述预设阈值根据环境中存在的障碍物的尺寸进行设置。

可以理解地，也可以是当任一非障碍物格点与周围一定范围内的障碍物格点构成特定形状，例如方形或是其他形状时，认为该非障碍物格点满足预设条件，均不影响本发明可取得的有益效果。

S140、根据所述已修正点云图及所述相对位姿，更新所述栅格子图。

优选地，参见图4，可以是根据步骤S141至步骤S142所示的流程执行步骤S140。

S141、根据所述已修正点云图与所述栅格子图的位移差，确定所述已修正点云图中的障碍物格点在所述栅格子图中的对应格点。

S142、将所述栅格子图中的所述对应格点置为障碍物格点。

本发明实施例1公开的一种栅格地图的更新方法，通过获取待更新的栅格子图以及作为更新素材的点云图，计算所述点云图与所述栅格子图的相对位姿，并将所述点云图中的、且与障碍物格点的位置关系满足预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，得到已修正点云图，从而根据所述已修正点云图和所述相对位置对所述栅格子图进行更新。由于在进行更新之前，将位置满足所述预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，避免了由于障碍物格点过于离散所导致的重合度较低的技术问题，提高了栅格子图中对障碍物位置标记的精确性，从而提高了得到的栅格地图的精确性。

本发明实施例2提供了一种栅格地图的更新装置20。参见图5，本发明实施例2提供的栅格地图的更新装置20包括素材获取模块21、位姿计算模块22、格点修正模块23和子图更新模块24。

素材获取模块21，用于获取待更新的栅格子图以及更新素材；其中，所述更新素材为点云图；位姿计算模块22，用于根据所述点云图的位姿与所述栅格子图的位姿，计算所述点云图与所述栅格子图的相对位姿；格点修正模块23，用于将所述点云图中的、与障碍物格点的位置关系满足预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，得到已修正点云图；子图更新模块24，用于根据所述已修正点云图及所述相对位姿，更新所述栅格子图。

本发明实施例2公开的一种栅格地图的更新装置，通过获取待更新的栅格子图以及作为更新素材的点云图，计算所述点云图与所述栅格子图的相对位姿，并将所述点云图中的、且与障碍物格点的位置关系满足预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，得到已修正点云图，从而根据所述已修正点云图和所述相对位置对所述栅格子图进行更新。由于在进行更新之前，将位置满足所述预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，避免了由于障碍物格点过于离散所导致的重合度较低的技术问题，提高了栅格子图中对障碍物位置标记的精确性，从而提高了得到的栅格地图的精确性。

本发明实施例3提供了另一种栅格地图的更新装置30。参见图6，本发明实施例3提供的更新装置30包括：处理器31、存储器32以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，例如更新程序。所述处理器31执行所述计算机程序时实现上述各个测试方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S120。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块的功能，例如上述实施例中所述的更新装置。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器32中，并由所述处理器31执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述更新装置30中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成素材获取模块、位姿计算模块、格点修正模块和子图更新模块，各模块具体功能如下：素材获取模块，用于获取待更新的栅格子图以及更新素材；其中，所述更新素材为点云图；位姿计算模块，用于根据所述点云图的位姿与所述栅格子图的位姿，计算所述点云图与所述栅格子图的相对位姿；格点修正模块，用于将所述点云图中的、与障碍物格点的位置关系满足预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，得到已修正点云图；子图更新模块，用于根据所述已修正点云图及所述相对位姿，更新所述栅格子图。

所述更新装置30可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述更新装置30可包括，但不仅限于，处理器31、存储器32。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是图像增强设备的示例，并不构成对更新装置30的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述更新装置30还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器31可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器31是所述更新装置30的控制中心，利用各种接口和线路连接整个更新装置30的各个部分。

所述存储器32可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器31通过运行或执行存储在所述存储器32内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器32内的数据，实现所述更新装置30的各种功能。所述存储器32可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器32可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述更新装置30集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

本发明实施例3公开的一种栅格地图的更新装置，通过获取待更新的栅格子图以及作为更新素材的点云图，计算所述点云图与所述栅格子图的相对位姿，并将所述点云图中的、且与障碍物格点的位置关系满足预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，得到已修正点云图，从而根据所述已修正点云图和所述相对位置对所述栅格子图进行更新。由于在进行更新之前，将位置满足所述预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，避免了由于障碍物格点过于离散所导致的重合度较低的技术问题，提高了栅格子图中对障碍物位置标记的精确性，从而提高了得到的栅格地图的精确性。

本发明实施例4还提供了一种栅格地图的更新系统40。参见图7，本发明实施例4提供的更新系统40包括更新装置41和服务器42。

所述更新装置41，用于通过如上任一项实施例所述的更新方法，以更新栅格子图，并将更新后的栅格子图发送到所述服务器42。

所述服务器42，用于接收所述更新后的栅格子图，并根据接收到的栅格子图构建栅格地图。

本发明公开的栅格地图的更新系统，通过获取待更新的栅格子图以及作为更新素材的点云图，计算所述点云图与所述栅格子图的相对位姿，并将所述点云图中的、且与障碍物格点的位置关系满足预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，得到已修正点云图，从而根据所述已修正点云图和所述相对位置对所述栅格子图进行更新。由于在进行更新之前，将位置满足所述预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，避免了由于障碍物格点过于离散所导致的重合度较低的技术问题，提高了栅格子图中对障碍物位置标记的精确性，从而提高了得到的栅格地图的精确性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种栅格地图的更新方法，其特征在于，包括步骤：

获取待更新的栅格子图以及更新素材；其中，所述更新素材为点云图；

根据所述点云图的位姿与所述栅格子图的位姿，计算所述点云图与所述栅格子图的相对位姿；

将所述点云图中的、且与障碍物格点的位置关系满足预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，得到已修正点云图；所述预设条件是：当所述点云图中的任一非障碍物格点，处于任两个障碍物格点之间，同时所述任两个障碍物格点的间距大于格点边长，且小于预设阈值；

根据所述已修正点云图及所述相对位姿，更新所述栅格子图。

2.如权利要求1所述的更新方法，其特征在于，所述根据所述已修正点云图及所述相对位姿，更新所述栅格子图，包括步骤：

根据所述已修正点云图与所述栅格子图的位移差，确定所述已修正点云图中的障碍物格点在所述栅格子图中的对应格点；

将所述栅格子图中的所述对应格点置为障碍物格点。

3.如权利要求1所述的更新方法，其特征在于，所述点云图中的格点包括障碍物格点与非障碍物格点。

4.如权利要求3所述的更新方法，其特征在于，通过如下步骤预先标记所述点云图中的障碍物格点和非障碍物格点：

接收反射回来的激光信号；

根据接收到的激光信号，计算相应的距离以及方位，从而确定反射位置；

根据所述反射位置，确定对应格点；

将所述对应格点标记为障碍物格点，将非所述对应格点标记为非障碍物格点，得到所述点云图。

5.如权利要求1所述的更新方法，其特征在于，所述根据所述点云图的位姿与所述栅格子图的位姿，计算所述点云图与所述栅格子图的相对位姿，包括步骤：

基于预设的分辨率对所述点云图进行滤波，以在相应的精度范围内确定所述点云图与所述栅格子图的相对位姿的坐标，得到粗定相对位姿；

判断所述粗定相对位姿是否达到预设要求；

若所述粗定相对位姿的精度未达到预设要求，调整所述分辨率，并根据所述粗定相对位姿再次进行所述滤波，以更新所述粗定相对位姿；

若所述粗定相对位姿的精度达到预设要求，基于所述粗定相对位姿进行梯度寻优，以确定所述点云图与所述栅格子图的相对位姿。

6.一种栅格地图的更新装置，其特征在于，包括：

素材获取模块，用于获取待更新的栅格子图以及更新素材；其中，所述更新素材为点云图；

位姿计算模块，用于根据所述点云图的位姿与所述栅格子图的位姿，计算所述点云图与所述栅格子图的相对位姿；

格点修正模块，用于将所述点云图中的、与障碍物格点的位置关系满足预设条件的非障碍物格点置为障碍物格点，得到已修正点云图；所述预设条件是：当所述点云图中的任一非障碍物格点，处于任两个障碍物格点之间，同时所述任两个障碍物格点的间距大于格点边长，且小于预设阈值；

子图更新模块，用于根据所述已修正点云图及所述相对位姿，更新所述栅格子图。

7.一种地图构建的位姿计算装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5中任意一项所述的更新方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至5中任意一项所述的更新方法。

9.一种栅格地图的更新系统，其特征在于，包括更新装置和服务器；

所述更新装置，用于通过如权利要求1至5任一项所述的更新方法，更新栅格子图，并将更新后的栅格子图发送到所述服务器；

所述服务器，用于接收所述更新后的栅格子图，并根据接收到的栅格子图构建栅格地图。

Images