CN113518957A - 地图创建设备、地图创建方法和程序 - Google Patents

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CN113518957A CN202080017704.3A CN202080017704A CN113518957A CN 113518957 A CN113518957 A CN 113518957A CN 202080017704 A CN202080017704 A CN 202080017704A CN 113518957 A CN113518957 A CN 113518957A
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Abstract

提供了一种地图创建设备，该地图创建设备包括：地图内位置控制单元，其基于与移动体或环境有关的信息来设置移动体的位置坐标，所述坐标被设置在地图空间上，其中，对空间划界的边界和在与所述边界相对的一侧的边界连接；以及感测反映单元，其通过使由移动体感测到的环境信息被反映在地图空间中来创建与移动体周围的环境对应的环境地图。

Description

地图创建设备、地图创建方法和程序
技术领域
本公开涉及地图创建设备、地图创建方法和程序。
背景技术
近年来，在移动体例如机器人设备、无人机或机动车中，通过识别移动体周围的环境来创建移动规划并通过遵循所创建的移动规划来进行移动的能力变得重要。
在这样的移动体中，例如，通过创建反映与周围环境有关的信息的环境地图并检测障碍物区域和可以移动通过其的区域来创建移动规划。因此，为了更有效地创建高精度的移动规划，已经考虑了用于更有效地创建环境地图的技术。
例如，以下专利文献1公开了以下技术：该技术用于减少与由占用网格地图表示的环境地图的保持和更新有关的成本，以便有效地使用机器人设备等中的有限的计算资源和内存资源。
[引用列表]
[专利文献]
[专利文献1]JP 2003-266349A
发明内容
[技术问题]
借助于上述专利文献1中公开的技术，可以针对移动体周围的有限范围创建环境地图。然而，例如，结合近年来移动体的较高移动速度，需要进一步增加所创建的环境地图的范围。
因此，本公开内容提出了以下新的且改进的地图创建设备、地图创建方法和程序：其使得能够创建适于移动规划并且针对更广泛范围的环境地图，同时抑制了内存消耗和处理负荷的增加。
[解决问题的技术方案]
借助于本公开内容，提供了一种地图创建设备，该地图创建设备包括：地图内位置控制单元，该地图内位置控制单元基于与移动体或环境有关的信息来设置移动体的位置坐标，位置坐标被设置在地图空间上，其中，对空间划界的边界和在与该边界相对的一侧的边界连接；以及感测反映单元，该感测反映单元通过使由移动体感测到的环境信息被反映到地图空间来创建与移动体周围的环境对应的环境地图。
另外，借助于本公开内容，提供了一种地图创建方法，该方法包括：通过算术设备：基于与移动体或环境有关的信息来设置移动体的位置坐标，位置坐标被设置在地图空间上，其中，对空间划界的一个边界和在与该一个边界相对的一侧的另一边界连接；以及通过使由移动体感测到的环境信息被反映到地图空间来创建与移动体周围的环境对应的环境地图。
此外，借助于本公开内容，提供了一种用于使计算机用作地图内位置控制单元和感测反映单元的程序，该地图内位置控制单元基于与移动体或环境有关的信息来设置移动体的位置坐标，位置坐标被设置在地图空间上，其中，对空间划界的一个边界和在与该一个边界相对的一侧的另一边界连接；该感测反映单元通过使由移动体感测到的环境信息被反映到地图空间来创建与移动体周围的环境对应的环境地图。
附图说明
[图1]图1是用于描述根据本公开内容的一个实施方式的包括地图创建设备的控制设备的内部配置的框图。
[图2]图2是用于描述根据实施方式的地图创建单元的内部配置的框图。
[图3A]图3A是示出理想传感器模型中的距离感测结果的曲线图。
[图3B]图3B是示出立体摄像机中的距离感测结果的曲线图。
[图4]图4是用于描述根据实施方式的在地图空间中对移动体的位置控制的说明视图。
[图5]图5是用于描述将距离信息反映到地图空间的方法的说明视图。
[图6A]图6A是示出用于确定网格单元的占用区域或空闲区域的占用概率阈值的示例的图形视图。
[图6B]图6B是示出更新网格单元占用概率的示例的图形视图。
[图7]图7是用于描述三维地图空间中的环形缓冲区的说明视图。
[图8]图8是用于描述在三维地图空间中反映距离信息的说明视图。
[图9]图9是用于描述根据实施方式的地图创建单元的操作流程的示例的流程图。
[图10A]图10A是示出由地图创建单元的变型例创建的环境地图中的每一个以及与移动体周围的环境的对应性的示例的说明视图。
[图10B]图10B是示出由地图创建单元的变型例创建的环境地图中的每一个以及与移动体周围的环境的对应性的示例的说明视图。
[图10C]图10C是示出由地图创建单元的变型例创建的环境地图中的每一个以及与移动体周围的环境的对应性的示例的说明视图。
[图10D]图10D是示出由地图创建单元的变型例创建的环境地图中的每一个以及与移动体周围的环境的对应性的示例的说明视图。
[图11]图11是用于描述根据变型例的地图创建单元的操作流程的示例的流程图。
[图12]图12是用于描述在其中显示环境地图的控制器的配置的框图。
[图13A]图13A是示出在移动体低速移动的情况下环境地图的显示示例的说明视图。
[图13B]图13B是示出在移动体高速移动的情况下环境地图的显示示例的说明视图。
[图14]图14是用于描述用于创建占用网格地图的流程的流程图。
[图15]图15是用于描述更新占用网格地图中的信息的方法的说明视图。
具体实施方式
参照附图，下面详细给出关于本公开内容的优选实施方式的描述。注意，在本说明书和附图中，相同的附图标记应用于具有基本相同的功能配置的部件，从而省略重复的描述。
注意，将以以下顺序给出描述。
1.与本公开内容有关的背景技术
2.控制设备的配置
3.地图创建单元的配置
4.地图创建单元的操作
5.变型例
5.1变型例的配置
5.2变型例的操作
6.显示示例
<1.与本公开内容有关的背景技术>
根据本公开内容的一个实施方式的地图创建设备使用占用网格地图来创建反映关于移动体周围的环境的信息的环境地图。首先，参照图14，给出关于占用网格地图的描述。
占用网格地图是一种移动体检测可以移动通过其的区域和障碍物区域的技术的示例。具体地，占用网格地图是以下技术：通过将空间划分成正方形的网格单元来检测可以移动通过其的空闲区域和其中存在障碍物的占用区域并且基于来自移动体的感测结果针对每个网格单元设置目标占用概率。
例如，可以通过图14中所示的流程来创建占用网格地图。图14是用于描述用于创建占用网格地图的流程的流程图。根据图14中所示的流程，首先，设置地图空间，该地图空间通过正方形的网格单元表示移动体周围的环境并以移动体为中心(S10)。
接下来，限定观察移动体周围的环境的距离传感器的传感器模型(S20)。这是因为，观察移动体周围的环境的距离传感器根据感测距离的方法而具有不同的观察结果特性。例如，使用立体摄像机的距离传感器距物体的距离越大，观察结果中包括的误差越大。因此，通过限定适于所使用的距离传感器的传感器模型，可以提高要创建的环境地图的精度和可靠性。
随后，距离传感器被用于观察(感测)移动体周围的环境(S30)，并且将感测结果反映到地图空间(S40)。具体地，对于每个网格单元，设置表示在网格单元中存在物体的概率的占用概率，并且基于关于所观察的移动体与物体之间的距离的信息来增加包括物体的网格单元的占用概率。同时，在移动体与物体之间的网格单元不包括物体，并且因此占用概率减小。
此外，在反映感测结果之后，更新每个网格单元的占用概率(S50)。通过针对每个感测结果根据S40增加或减小占用概率，包括物体的网格单元的占用概率逐渐增大，并且不包括物体的网格单元的占用概率逐渐减小。通过这样，可以将其占用概率已经增加到高于用于确定障碍物区域的阈值的网格单元确定为障碍物区域。另外，可以将其占用概率已经变得低于用于确定可以移动通过其的区域的阈值的网格单元确定为可以移动通过其的区域。
通过重复上述步骤S30至步骤S50的操作，直到移动体停机，移动体可以创建反映关于周围环境的信息的环境地图，并基于所创建的环境地图来创建移动规划。
此处，对于占用网格地图的参考坐标系，可以考虑两种模式：固定的世界坐标系和固定的体坐标系。
固定的世界坐标系是将占用网格地图的坐标系固定到环境。在使用固定的世界坐标系的情况下，可以通过考虑到移动体的位置/取向将从移动体观察到的每个感测结果反映到地图空间来创建占用网格地图。例如，可以通过将移动体的坐标映射到世界坐标系中的地图空间并且另外将来自移动体的观察结果添加到地图空间来创建占用网格地图。
然而，通过作为固定的世界坐标系的占用网格地图来表示大规模环境的情况会导致创建包括关于整体环境的信息的占用网格地图，并且因此，需要大容量的存储器来保持占用网格地图。在三维占用地图网格中，考虑一种通过将关于每个网格单元的信息保持在树结构中来抑制内存消耗的方法(通常称为OctoMap)，但是该方法在读出关于每个网格单元的信息时会跟踪树形结构，并且因此，处理负荷增加。
相比之下，固定的体坐标系是将占用网格地图的坐标系固定到移动体的位置/取向的坐标系。在使用固定的体坐标系的情况下，可以通过根据移动体的位置/取向的变化使关于占用网格地图的过去信息经受坐标转换、将过去信息反映到地图空间并且另外将从移动体观察到的感测结果反映到地图空间，来创建占用网格地图。例如，可以通过早前根据移动体的位置的变化对体坐标系占用网格地图执行一次反向转换并且将当前观察结果添加到反向转换后的占用网格地图，来创建占用网格地图。
然而，在固定的体坐标系占用网格地图的情况下，因为每当移动体的位置/取向变化时关于占用网格地图的信息都会经受坐标转换，所以处理负荷变高。因此，在固定的体坐标系的情况下，已经考虑了通过环形缓冲区配置地图空间来降低理负荷的方法。参照图15，给出了关于通过环形缓冲区配置的占用网格地图的描述。图15是用于描述更新占用网格地图中的信息的方法的说明图。
环形缓冲区是以下缓冲区：在该缓冲区中，通过连接线性缓冲区的两端，在超出末端写入信息的情况下，在返回开头之后写入超出末端的信息。换句话说，地图空间G是其中一个边界与在相对侧的另一边界连接的空间。
如图15所示，时间t处的移动体的位置坐标Mt被设置在由占用网格地图表示的地图空间G上，并且给出关于在时间t+1处移动体已经移动到位置坐标Mt+1的情况的考虑。
在地图空间不是环形缓冲区(面向图15时的上侧)的情况下，可以通过结合移动体的移动在移动体的移动方向上的最靠前的一行网格单元之前添加被设置为尚待观察的未知区域的一行网格单元格gFW并且删除在与移动体的移动方向相反的方向上的最靠后的一行网格单元gBW，来更新环境地图。通过这样，即使在移动体已经移动时，也可以创建支持移动体周围的环境的环境地图。
相比之下，在地图空间G是环形缓冲区(面向图15时的下侧)的情况下，可以通过结合移动体的移动将与移动体的移动方向相反的方向上的最靠后一行的网格单元gBW重置为尚待观察的未知区域，来更新环境地图。换句话说，在环形缓冲区中，在移动体的移动方向上的最靠前的一行中的网格单元前面的网格单元成为与移动体的移动方向相反的方向上的最靠后一行中的网格单元gBW。因此，通过重复使用最靠后的一行网格单元gBW(其使用频率可以认为是低的)作为结合移动体的移动而添加的未知区域的网格单元，可以减少由地图空间G消耗的存储量。
然而，在固定的体坐标系占用网格地图中，创建的环境地图的范围仅是围绕移动体的范围。在这样的情况下，移动体难以创建沿长距离进行移动的移动规划。另外，在移动体高速移动的情况下，移动体将有可能会经历障碍物发现方面的延迟。
如上面所描述的，尽管已经考虑了各种技术，但是在要用于创建移动体的移动规划的占用网格地图中，难以创建适合低内存消耗量和低处理符合的环境地图。
特别地，与移动体的移动速度改变为较高速度以及移动规划的复杂性增加相结合，在针对较广的范围创建移动规划的情况下，请求针对较广的范围创建环境地图同时抑制内存消耗和处理负荷的增加。
例如，在移动体是飞行器例如无人机的情况下，由于占用网格地图和移动体的移动规划将是三维的，因此移动规划的复杂性和占用网格地图的信息量显著增加，并且内存消耗和处理负荷也显著增加。因此，在诸如此的情况下，在创建环境地图和移动规划时抑制内存消耗和处理负荷变得重要。
基于上面描述的情况，发明人已经构思了根据本公开内容的技术。下面给出关于根据本公开内容的技术的详细描述，该技术使得能够创建适于移动规划并且针对更广范围的环境地图，同时抑制内存消耗和处理负荷的增加。
<2.控制设备的配置>
首先，参照图1，给出关于根据本公开内容的一个实施方式的包括地图创建设备的控制设备的描述。图1是用于描述根据本实施方式的包括地图创建设备的控制设备的内部配置的框图。
如图1中所示，控制设备100基于根据从传感器200获得的信息而创建的环境地图来创建移动体的移动规划，并且基于所创建的移动规划来控制移动体的移动。控制设备100设置有例如自身位置计算单元110、地图创建单元120、障碍物检测单元130、移动规划单元140、动作规划单元150和动作控制单元160。
自身位置计算单元110基于从安装在移动体上的传感器200获得的信息来计算移动体的位置/取向。具体地，自身位置计算单元110首先获得由安装至移动体的图像传感器210——该图像传感器210是RGB摄像机、灰度摄像机等——捕获的图像信息，并且从IMU(惯性测量单元)220获得与移动体的位置/取向有关的信息，该IMU(惯性测量单元)220包括加速度传感器、陀螺仪传感器、磁传感器等。接下来，自身位置计算单元110基于由移动体捕获的图像信息以及与移动体的位置/取向有关的信息来计算移动体的位置、取向、速度、角速度等(在下文中，与这些参数有关的信息可以统称为自身信息)。由于对于由自身位置计算单元110计算移动体的位置、取向、速度、角速度等的方法，可以使用公知的方法，因此此处省略详细描述。注意，自身位置计算单元110还可以根据需要从安装至移动体的另一传感器获得与感测结果有关的信息，以计算移动体的位置、取向、速度、角速度等。
地图创建单元120对应于根据本实施方式的地图创建设备，并且基于从安装至移动体的传感器200(具体地，距离传感器230)获得的关于物体的距离信息和由自身位置计算单元110计算的移动体的自身信息来创建与移动体周围的环境对应的环境地图。由地图创建单元120创建的环境地图是固定的体坐标系环形缓冲区占用网格地图，并且环境地图的每个网格单元被设置为其占用概率高的占用区域、其占用概率低的空闲区域和尚待观察的未知区域中的任何一个。参照图2，下面给出关于地图创建单元120的详细配置和操作的描述。
障碍物检测单元130检测在由地图创建单元120创建的环境地图中存在的障碍物。具体地，障碍物检测单元130通过根据移动体的体特性或动作特性评估环境地图中的每个占用区域和每个空闲区域来检测障碍物相对于移动体的存在或不存在。注意，例如，可以基于由自身位置计算单元110计算的移动体的自身信息来确定移动体的体特性或动作特性。
例如，在移动体是通过车轮移动的机动车的情况下，障碍物检测单元130可以确定具有车轮不能驶过的高度的物体是障碍物。另外，在移动体是通过腿部移动的机器人设备的情况下，障碍物检测单元130可以确定具有可以被腿部跨过的高度的物体不是障碍物。此外，在移动体是飞行器例如无人机的情况下，障碍物检测单元130可以确定在低于移动体可以飞行的高度的位置处存在的物体不是障碍物。
移动规划单元140基于移动体的自身信息和由地图创建单元120创建的环境地图来为移动体规划至目的地的路线。具体地，移动规划单元140可以通过将图搜索算法例如Dijkstra的算法或A*算法应用于环境地图来规划最优路线，该环境地图是占用网格地图并且由地图创建单元120创建。此时，移动规划单元140可以在基于由障碍物检测单元130检测到的障碍物的存在或不存在而确定环境地图中的障碍物区域和可以移动通过其的区域之后，应用图搜索算法。
动作规划单元150基于移动体的自身信息、移动规划单元140的移动规划以及与由障碍物检测单元130检测到的障碍物有关的信息，来为移动体规划动作。具体地，基于例如来自用户的指令、移动体的自身信息、移动规划或与障碍物有关的信息，动作规划单元150创建与移动体除了移动以外的动作有关的动作规划。例如，动作规划单元150可以创建动作规划，该动作规划包括由安装至移动体的图像传感器210捕获环境。另外，动作规划单元150可以创建动作规划，该动作规划包括向移动体或进入或离开移动体的人装载货物或者从移动体或进入或离开移动体的人卸载货物。
动作控制单元160基于移动体的自身信息、移动规划和由动作规划单元150创建的动作规划来控制移动体的实际动作。具体地，动作控制单元160将根据移动体的自身信息确定的移动体的状态与根据移动规划或动作规划规划的移动体的状态进行比较，并且将用于使移动体的状态接近规划的状态的驱动命令输出至移动体的驱动单元(例如，马达等)。注意，动作控制单元160可以以分层的方式生成输出至移动体的驱动单元的控制命令。
<3.地图创建单元的配置>
接下来，参照图2，给出关于包括在控制设备100中的地图创建单元120的具体配置的描述。图2是用于描述地图创建单元120的内部配置的框图。
如图2所示，地图创建单元120设置有位置/取向更新单元121、速度矢量获得单元122、传感器模型应用单元123、地图内位置控制单元124和感测反映单元125。
位置/取向更新单元121基于与移动体的位置/取向有关的信息来计算环境地图中移动体的坐标。具体地，位置/取向更新单元121基于与环境地图中移动体的过去坐标、移动体的过去位置/取向有关的信息以及与移动体的当前位置/取向有关的信息，来计算环境地图中移动体的当前坐标。换句话说，位置/取向更新单元121计算移动体过去与现在之间的位置/取向的变化量，并且基于所计算的变化量来计算环境地图中移动体的当前坐标。
速度矢量获得单元122从自身位置计算单元110获得与移动体的速度矢量有关的信息。具体地，速度矢量获得单元122从自身位置计算单元110获得移动体的速度矢量，该速度矢量包括移动速度和移动方向。
传感器模型应用单元123将基于距离传感器230的感测方法而选择的传感器模型应用于物体的距离信息。
此处，参照图3A和图3B，给出关于距离传感器230中的传感器模型的描述。图3A是示出理想传感器模型中对距离的感测结果的曲线图，并且图3B是示出立体摄像机中对距离的感测结果的曲线图。
如图3A所示，在理想传感器模型中，在距离(Distance)zt处存在物体的情况下，可以获得存在物体的概率(Probability)作为在距离zt处具有脉冲状峰的感测结果。另外，在理想传感器模型中，感测结果中的误差是恒定的，并且不依赖于至物体的距离。
相比之下，如图3B中所示，对于立体摄像机等的传感器模型，在距离(Distance)zt处存在物体的情况下，可以获得存在物体的概率(Probability)作为在距离zt处具有分布式峰的感测结果。另外，在立体摄像机等的传感器模型中，至物体的距离越大，感测结果的误差越大。
因此，传感器模型应用单元123可以通过校正由于距离传感器230的感测方法而发生的感测结果的特性差异，来使关于距离信息的可靠性提高。换句话说，传感器模型应用单元230可以通过将距离传感器230的传感器模型应用于物体的距离信息，来使关于距离信息的可靠性提高。通过这样，地图创建单元120可以针对占用区域和空闲区域的设置来创建具有更高可靠性的环境地图。
地图内位置控制单元124基于环境地图中的移动体的坐标和移动体的速度矢量来控制地图空间中移动体的位置坐标。
此处，参照图4，给出关于在地图空间中移动体的坐标的移动的更具体描述。图4是用于描述在地图空间中对移动体的位置控制的说明视图。
如图4中所示，地图内位置控制单元124首先基于环境地图中移动体的坐标来更新环境地图，使得移动体M被放置在地图空间G的中心处。随后，地图内位置控制单元124基于移动体M的速度矢量V使移动体M的坐标从地图空间G的中心移动。具体地，地图内位置控制控制单元124使移动体M的坐标从地图空间G的中心沿与移动体M的速度矢量V的方向相反的方向(换句话说，沿移动体M的移动方向)移动。通过这样，地图内位置控制单元124可以在移动体的移动方向上扩大创建环境地图的范围，并且因此，通过移动规划单元140更平滑地创建移动规划变为可能。例如，可以基于移动体的速度矢量V的大小来决定移动体从地图空间G的中心的移动量SS。
地图内位置控制单元124可以根据移动体M的速度矢量V的大小来控制移动体M从地图空间G的中心的移动量SS。换句话说，地图内位置控制单元124可以控制移动体M的坐标，使得移动体M的速度矢量V的大小越大，从地图空间G的中心的移动量SS越大。另外，在移动体M的速度矢量V的大小大于或等于阈值的情况下，地图内位置控制单元124可以使移动体M的坐标从地图空间G的中心沿与移动体M的速度矢量V的方向相反的方向仅移动预定量或根据移动体M的速度矢量V的大小的量。
另外，地图内位置控制单元124可以基于移动体的移动规划而不是移动体的速度矢量来使移动体的坐标从地图空间的中心移动。具体地，地图内位置控制单元124可以使移动体的坐标从地图空间的中心沿与移动体的移动规划中的移动体的目的地(或到达位置)方向相反的方向移动。此时，移动体的坐标的移动量可以是预定量，并且可以是例如基于移动体的移动速度的大小的量。通过这样，地图内位置控制单元124可以在至移动体的目的地的方向上扩大创建环境地图的范围，并且因此移动规划单元140可以创建更长距离或更复杂的移动规划。
此外，地图内位置控制单元124可以基于与环境有关的信息而不是移动体的速度矢量，来使移动体的坐标从地图空间的中心移动。具体地，地图内位置控制单元124可以使移动体的坐标从地图空间的中心沿与由麦克风检测到人的语音的方向相反的方向或沿与由图像捕获设备检测到人或障碍物的方向相反的方向移动。此时，移动体的坐标的移动量可以是预定量，并且可以是例如基于移动体的移动速度的大小的量。通过这样，地图内位置控制单元124可以在人或障碍物存在的可能性高并且发现需要更仔细的移动的方向上扩大创建环境地图的范围。因此，地图内位置控制单元124可以使由移动规划单元140创建的移动规划的安全性提高。
因此，根据本实施方式的地图创建设备可以通过由地图内位置控制单元124使地图空间中移动体的位置移动来动态地改变创建环境地图的范围。通过这样，根据本实施方式的地图创建设备可以在不使内存消耗或处理负荷增加的情况下，针对更期望聚焦的范围创建环境地图。
此外，根据本实施方式的地图创建设备可以通过从多个移动体收集移动体的位置和在这些位置处创建的环境地图并且将所收集的环境地图粘贴在一起来创建较大规模的固定的世界坐标系环境地图。
感测反映单元125通过基于向其应用传感器模型的距离信息和与地图空间中移动体的坐标/取向有关的信息将关于从移动体到物体的距离的信息反映到地图空间来创建环境地图。可以例如通过使用布雷森汉姆(Bresenham)的直线绘制算法等来执行由感测反映单元125将感测结果反映到地图空间。
此处，参照图5至图6B，给出关于由感测反映单元125创建环境地图的描述。图5是用于描述将距离信息反映到地图空间的方法的说明视图。
图6A是示出用于确定网格单元是占用区域还是空闲区域的占用概率阈值的示例的图形视图，并且图6B是示出更新网格单元占用概率的示例的图形视图。
如图5中所示，感测反映单元125通过将关于从安装在移动体上的传感器So到物体Ob的距离的信息反映到地图空间G，来更新网格单元占用概率并创建环境地图。
具体地，感测反映单元125基于关于从传感器So到物体Ob的距离的信息在地图空间G中绘制连接传感器So和物体Ob的线段。此时，感测反映单元125使包括物体Ob的网格单元gO的占用概率仅上升预定值，并且使包括连接传感器So和物体Ob的线段的网格单元gF的占用概率仅减小预定值。相比之下，连接传感器So和物体Ob的线段未穿过的网格单元gU是尚待观察的未知区域，并且因此，不会使其占用概率改变。
感测反映单元125通过分别使关于到观察物体的距离的信息被反映到地图空间来更新每个网格单元的占用概率，以从而增大或减小网格单元的占用概率。例如，可以使用二进制贝叶斯滤波算法来执行网格单元的占用概率的增大或减小。利用二进制贝叶斯滤波算法，可以通过对数表示特定时间处的占用概率，并且因此，可以通过将占用概率的对数(LOG_ODDS)相加在一起来组合随时间的占用概率。
例如，如图6A中所示，对于占用概率的对数，可以将最大值(MAX)设置为“3.5”，将用于确定占用区域的阈值(TH_OCC)设置为“0.85”，将用于确定空闲区域的阈值(TH_FREE)设置为“-0.4”，并将最小值(MIN)设置为“-2.0”。注意，基于传感器模型，可以将占用概率的对数的初始值(INI)设置为用于确定占用区域的阈值(0.85)与用于确定空闲区域的阈值(-0.4)之间的适当值。。
通过这样，对于其中存在物体的网格单元，可以看到，如由图6B中的情况1所示，由于占用概率逐渐升高，占用概率超过了在其处确定占用区域的阈值(TH_OCC)，并且达到最大值(MAX)。另外，对于其中不存在物体的网格单元，可以看到，如由图6B中的情况2所示，由于占用概率逐渐减小，占用概率超过了在其处确定空闲区域的阈值(TH_FREE)，并且达到最小值(MIN)。此外，对于移动物体穿过的网格单元，可以看到，如由图6B中的情况3所示，当物体穿过其时占用概率暂时升高，但是在物体已经穿过其之后占用概率减小并且最终达到最小值(MIN)。
因此，感测反映单元125可以基于距离信息来针对地图空间的每个网格单元设置占用概率，并且基于所设置的占用概率来确定占用区域和空闲区域。因此，感测反映单元125可以创建环境地图，在该环境地图中，地图空间的每个网格单元被分类为占用区域、空闲区域或未知区域中的任何一个。
在上述实施方式中，已经例示了地图空间和环境地图是二维矩阵网格的情况，但是根据本实施方式的地图创建设备可以应用于三维空间。参照图7和图8，给出关于将根据本实施方式的地图创建设备应用于三维空间的描述。图7是用于描述三维地图空间中的环形缓冲区的说明视图。图8是用于描述在三维地图空间中反映距离信息的说明视图。
如图7中所示，在三维地图空间3DG的环形缓冲区中，一个边界表面与相对侧的另一边界表面连接。因此，例如，在时间t处存在于坐标Mt处的移动体沿Y方向移动1以在时间t+1处到达坐标Mt+1的情况下，通过将在-Y方向上的地图空间3DG的最外表面处的网格(在三维的情况下也被称为体素)gU重置为尚待观察的未知区域，来更新环境地图。因此，即使在三维地图空间3DG的情况下，也可以与二维地图空间类似地使用环形缓冲区。
另外，如图8中所示，即使在三维地图空间3DG中，感测反映单元125也可以通过使用例如布雷森汉姆的直线绘制算法将感测结果反映到地图空间3DG。具体地，感测反映单元125可以基于关于从传感器So到物体Ob1和Ob2的距离的信息，在地图空间3DG中绘制连接传感器So与物体Ob1和Ob2的线段。
因此，感测反映单元125可以使包括物体Ob1和物体Ob2p的体素的占用概率仅上升预定值，并且使包括连接传感器So与物体Ob1和Ob2p的线段的体素的占用概率仅减小预定值。注意，由于包括物体Ob2的体素存在于地图空间3DG的外部，因此使用地图空间3DG的侧面与连接传感器So和物体Ob2的线段之间的交点Ob2p代替物体Ob2来执行上面描述的处理。通过这样，即使在三维地图空间3DG的情况下，也可以类似于二维地图空间来反映感测结果。
可以通过硬件和软件之间的协作来实现根据上述本实施方式的地图创建单元120或包括地图创建单元的控制设备100。例如，可以通过使用CPU、ROM和RAM作为硬件来实现地图创建单元120或控制设备100。
CPU用作算术处理设备，并根据存储在ROM中的各种类型的程序来控制控制设备100或地图创建单元120的整体操作。ROM存储由CPU使用的算术参数和程序。RAM临时存储由CPU进行的执行中使用的程序、在该执行中适当改变的参数等。
另外，还可以创建用于使这些硬件部件执行与根据上述本实施方式的控制设备100或地图创建单元120的相应配置等同的功能的计算机程序。另外，还可以提供一种使该计算机程序被存储在其中的存储介质。
<4.地图创建单元的操作>
接下来，参照图9，给出关于控制设备100中包括的地图创建单元120的操作的示例的描述。图9是用于描述地图创建单元120的操作流程的示例的流程图。
如图9中所示，首先，在地图创建单元120中，获得移动体的速度矢量(S101)，并且确定移动体的速度矢量的大小是否大于或等于阈值(S103)。在速度矢量的大小大于或等于阈值的情况下(S103/是)，在使移动体的坐标沿与速度矢量的方向相反的方向从地图空间的中心移动之后，设置移动体的坐标(S105)。同时，在速度矢量的大小小于阈值的情况下(S103/否)，将移动体的坐标设置为地图空间的中心(S106)。随后，通过将对距离信息的感测结果反映到地图空间，创建环境地图(S107)。
作为上述这样的操作的结果，地图创建单元120可以动态地改变所创建的环境地图的范围。因此，地图创建单元120可以在不使内存消耗或处理负荷增加的情况下针对更期望聚焦的范围创建环境地图。
<5.变型例>
(5.1.变型例的配置)
接下来，参照图10A至图10D，给出关于地图创建单元120的变型例的描述。图10A至图10D是分别示出由地图创建单元120的变型例创建的环境地图以及与移动体周围的环境的对应性的示例的说明视图。
如图10A至图10D中所示，在本变形例中，地图空间包括基本地图空间G和扩展地图空间GE。基本地图空间G是在其中设置了移动体的坐标的地图空间G。具体地，在基本地图空间G中，移动体的坐标被设置为已经从中心沿与移动体的移动方向相反的方向移动了的坐标。另外，扩展地图空间GE是与基本地图空间G相邻或交叠设置的地图空间。基本地图空间G和扩展地图空间GE整体上用作一个环形缓冲区。注意，扩展地图空间GE可以是具有与基本地图空间G的大小相似的大小的占用网格地图。
在本变形例中，基于与环境或移动体有关的信息来控制相对于基本地图空间G沿其设置扩展地图空间GE的方向。注意，可以基于移动体的速度矢量的大小是否大于或等于阈值来决定是否相对于基本地图空间G设置扩展地图空间GE。
如图10A至图10D中所示，可以基于移动体的移动方向来控制相对于基本地图空间G沿其设置扩展地图空间GE的方向。具体地，在移动体M以速度矢量VA至VD移动的情况下，可以相对于基本地图空间G沿速度矢量VA至VD的方向与基本地图空间G相邻地设置扩展地图空间GE。作为其结果，针对地图空间创建的环境地图成为以下地图：该地图拥有在移动体M的移动方向上存在的物体ObA和ObB两者。因此，通过使用这样的环境地图创建移动规划，可以实现移动体M的更平滑的移动。
例如，在移动体M的速度矢量VA的方向如图10A中所示的向前的情况下，可以在基本地图空间G的前方设置扩展地图空间GE。在移动体M的速度矢量VA和VB的方向如图10B和图10C中所示的斜向前的情况下，可以在基本地图空间G的斜前方设置扩展地图空间GE。例如，在移动体M的速度矢量VD的方向如图10D中所示的向左的情况下，可以在基本地图空间G的左侧设置扩展地图空间GE。借助于根据本变形例的地图创建单元120，可以创建具有在更期望聚焦的范围的方向上扩展的地图空间的环境地图，同时抑制内存消耗和处理负荷的增加。
另外，可以基于移动体的移动规划来控制相对于基本地图空间G沿其设置扩展地图空间GE的方向。具体地，相对于基本地图空间G，可以沿移动体的移动规划中的目的地(或到达位置)的方向与基本地图空间G相邻或交叠地设置扩展地图空间GE。因此，地图创建单元120可以创建具有在更期望聚焦的范围的方向上扩展的地图空间的环境地图，同时抑制存内存消耗和处理负荷的增加。
此外，可以基于与环境有关的信息来控制相对于基本地图空间G沿其设置扩展地图空间GE的方向。具体地，相对于基本地图空间G，可以沿由麦克风检测到人的语音的方向或者沿由图像捕获设备检测到人或障碍物的方向，与基本地图空间G相邻或交叠地设置扩展地图空间GE。作为其结果，地图创建单元120可以创建具有在人或障碍物存在的可能性高并且发现需要更仔细的移动的方向上扩展的地图空间的环境地图。因此，地图创建单元120可以使基于环境地图创建的移动规划的安全性提高。
借助于本变型例，基于与环境或移动体有关的信息，可以动态地扩展所创建的环境地图的范围。因此，地图创建单元120可以创建环境地图，该环境地图使得能够创建移动体的更平滑的移动规划，同时抑制内存消耗和处理负荷。
(5.2.变型例的操作)
接下来，参照图11，给出关于根据本变型例的地图创建单元120的操作的示例的描述。图11是用于描述根据本变型例的地图创建单元120的操作流程的示例的流程图。
如图11中所示，首先，在地图创建单元120中，获得移动体的速度矢量(S201)。接下来，确定移动体的速度矢量的大小是否大于或等于阈值(S203)。在速度矢量的大小大于或等于阈值的情况下(S203/是)，还沿速度矢量的方向相对于基本地图空间设置扩展地图空间(S209)。接下来，在使移动体的坐标从基本地图空间的中心沿与速度矢量的方向相反的方向移动之后，设置移动体的坐标(S205)。随后，通过将对距离信息的感测结果反映到基本地图空间和扩展地图空间，创建环境地图(S207)。
同时，在速度矢量的大小小于阈值的情况下(S203/否)，将移动体的坐标设置为基本地图空间的中心(S206)。随后，通过将对距离信息的感测结果反映到基本地图空间，创建环境地图(S208)。
通过如上的操作，地图创建单元120可以更动态地改变所创建的环境地图的范围。因此，地图创建单元120可以针对更期望聚焦的范围创建环境地图，同时抑制内存消耗和处理负荷。
<6.显示示例>
参照图12至图13B，下面给出关于显示由根据本实施方式的地图创建设备创建的环境地图的示例的描述。图12是用于描述在其中显示环境地图的控制器的配置的框图。图13A和图13B是示出显示环境地图的示例的说明视图。
如图12所示，包括根据本实施方式的地图创建设备的控制设备100是控制移动体10的操作的控制设备。具体地，控制设备100通过基于从传感器200获得的信息创建环境地图并基于根据环境地图创建的移动规划控制致动器400来控制移动体10的移动等。例如，移动体10可以是飞行器例如无人机，并且致动器400可以是例如用于使飞行器的转子等旋转的马达。
此处，可以通过能够彼此进行无线通信的通信设备310和320将移动体10的移动的目的地等输入至控制器20。控制器20是例如无线地操纵移动体10的发送/接收设备，并且设置有显示设备500和输入设备600。
输入设备600包括用户可以向其输入信息的输入机构例如按钮、开关或操纵杆以及输入控制电路，该输入控制电路用于基于输入的信息生成输入信号并且将输入信号输出至通信设备320。显示设备500包括诸如液晶显示设备或OLED(有机发光二极管)显示设备的显示设备。例如，显示设备500可以显示由移动体10的控制设备100创建的环境地图等。用户可以通过视觉识别由控制设备100创建的环境地图来以更高的精度操纵移动体10。
例如，如图13A和图13B中所示，控制器20设置有显示设备500和输入设备600，并且由移动体10捕获的捕获图像510以及由控制设备100创建的环境地图的图像520可以显示在控制器20的显示设备500上。
图13A中所示的显示设备500的显示示例是针对移动体10低速移动的情况的显示示例。因此，在环境地图的图像520中，将移动体M的坐标设置为地图空间G的中心，并且示出了均匀地包括移动体M周围的环境的环境地图。因此，在环境地图的图像520的地图空间G中仅包括物体ObA。然而，参考捕获图像510，可以确认在物体ObA后面存在在地图空间G中未示出的物体ObB。当移动体10低速移动时，物体ObB影响移动体10的移动规划的概率低，并且因此，显示设备500可以显示均匀地指示移动体10周围的环境的环境地图。
图13B中所示的显示设备500的显示示例是针对移动体10高速移动的情况的显示示例。因此，在环境地图的图像520中，在移动体M的坐标从地图空间G的中心沿与速度矢量VH的方向相反的方向移动之后设置移动体M的坐标，并且示出了更广泛地包括在移动体M的移动方向侧的环境的环境地图。因此，图像520的环境地图的地图空间G包括捕获图像510中的物体ObA和被确认在物体ObA后面的物体ObB二者。当移动体10高速移动时，物体ObB影响移动体10的移动规划的概率高，并且因此，显示设备500可以显示广泛地示出在移动体10的移动方向上的环境的环境地图。
上面已经参照附图给出了关于本公开内容的优选实施方式的详细描述，但是本公开内容的技术范围不限于对应示例。明显的是，在本公开内容的技术领域中的普通技术人员可以想到在权利要求中阐述的技术构思的范畴内的各种修改或修正，并且应当理解，这些修改或修正无可非议地属于本公开内容的技术范围。
另外，本说明书中描述的效果仅是描述性或说明性的，而不是限制性的。换句话说，除了上述效果或者代替上述效果，根据本公开内容的技术可以实现对于本领域技术人员而言根据本说明书的描述清楚的其他效果。
注意，诸如以下的配置也属于本公开内容的技术范围。
(1)一种地图创建设备，包括：
地图内位置控制单元，其基于与移动体或环境有关的信息来设置所述移动体的位置坐标，所述位置坐标被设置在地图空间上，其中，对空间划界的边界和在与所述边界相对的一侧的边界连接；以及
感测反映单元，其通过使由所述移动体感测到的环境信息被反映到所述地图空间来创建与所述移动体周围的环境对应的环境地图。
(2)根据上述(1)所述的地图创建设备，其中，
所述地图内位置控制单元基于所述移动体的移动规划或移动速度来在所述地图空间中设置所述移动体的位置坐标。
(3)根据上述(2)所述的地图创建设备，其中，
所述地图内位置控制单元将所述移动体的位置坐标设置为由于使所述移动体的位置坐标从所述地图空间的中心沿与所述移动体的移动方向相反的方向或者沿与所述移动规划中的到达位置的方向相反的方向移动而产生的坐标。
(4)根据上述(3)所述的地图创建设备，其中，
所述地图内位置控制单元将所述移动体的位置坐标设置为由于使所述移动体的位置坐标从所述地图空间的中心仅移动根据所述移动体的移动速度的距离而产生的坐标。
(5)根据上述(3)所述的地图创建设备，其中，
所述地图空间包括基本地图空间和扩展地图空间，并且
所述地图内位置控制单元将所述移动体的位置坐标设置为由于使所述移动体的位置坐标从所述基本地图空间的中心沿与所述移动体的移动方向相反的方向或者沿与所述移动规划中的到达位置的方向相反的方向移动而产生的坐标。
(6)根据上述(5)所述的地图创建设备，其中，
沿所述移动体的移动方向或者沿所述移动规划中的到达位置的方向与所述基本地图空间相邻地设置所述扩展地图空间。
(7)根据上述(5)或(6)所述的地图创建设备，其中，
所述扩展地图空间的大小等于所述基本地图空间的大小。
(8)根据上述(1)至(7)中任一项所述的地图创建设备，其中，
所述地图内位置控制单元基于与来自环境的音频有关的信息在所述地图空间中设置所述移动体的位置坐标。
(9)根据上述(1)至(8)中任一项所述的地图创建设备，其中，
所述环境信息包括与从所述移动体到环境中存在的各个物体的距离有关的信息。
(10)根据以上(9)所述的地图创建设备，其中，
所述地图空间被划分成每个均具有预定大小的网格单元，并且
所述感测反映单元基于各个物体对所述网格单元的占用概率来确定所述网格单元是占用区域还是空闲区域。
(11)根据上述(10)所述的地图创建设备，其中，
所述感测反映单元基于由所述移动体感测到的所述环境信息，使包括各个物体的网格单元的占用概率增加。
(12)根据上述(10)或(11)所述的地图创建设备，其中，
在所述移动体的移动范围超出所述网格单元的情况下，所述感测反映单元通过将所述环境地图中的在与所述移动体的移动方向相反的一侧的网格单元改变为未知区域来更新所述环境地图。
(13)根据上述(1)至(12)中任一项所述的地图创建设备，其中，
所述地图空间包括环形缓冲区。
(14)根据上述(1)至(13)中任一项所述的地图创建设备，其中，
设置所述地图空间的取向，使得所述移动体的取向相对于所述地图空间是固定的。
(15)根据上述(1)至(14)中任一项所述的地图创建设备，其中，
所述地图空间包括三维空间，并且
所述移动体包括飞行器。
(16)根据上述(1)至(15)中任一项所述的地图创建设备，其中，
通过无线地操纵所述移动体的发送/接收设备显示所述环境地图。
(17)根据上述(16)所述的地图创建设备，其中，
所述发送/接收设备与所述环境地图一起显示由所述移动体捕获的环境的捕获图像。
(18)一种地图创建方法，包括：
通过算术设备：
基于与移动体或环境有关的信息来设置所述移动体的位置坐标，所述位置坐标被设置在地图空间上，其中，对空间划界的一个边界和在与所述一个边界相对的一侧的另一边界连接；以及
通过使由所述移动体感测到的环境信息被反映到所述地图空间来创建与所述移动体周围的环境对应的环境地图。
(19)一种使计算机用作以下的程序：
地图内位置控制单元，其基于与移动体或环境有关的信息来设置所述移动体的位置坐标，所述位置坐标被设置在地图空间上，其中，对空间划界的一个边界和在与所述一个边界相对的一侧的另一边界连接；以及
感测反映单元，其通过使由所述移动体感测到的环境信息被反映到所述地图空间来创建与所述移动体周围的环境对应的环境地图。
[附图标记列表]
10 移动体
20 控制器
100 控制设备
110 自身位置计算单元
120 地图创建单元
121 位置/取向更新单元
122 速度矢量获得单元
123 传感器模型应用单元
124 地图内位置控制单元
125 感测反映单元
130 障碍物检测单元
140 移动规划单元
150 动作规划单元
160 动作控制单元
200 传感器
210 图像传感器
220 IMU
230 距离传感器
310、320 通信设备
400 致动器
500 显示设备
600 输入设备

Claims (19)

1.一种地图创建设备，包括：
地图内位置控制单元，其基于与移动体或环境有关的信息来设置所述移动体的位置坐标，所述位置坐标被设置在地图空间上，其中，对空间划界的边界和在与所述边界相对的一侧的边界连接；以及
感测反映单元，其通过使由所述移动体感测到的环境信息被反映到所述地图空间来创建与所述移动体周围的环境对应的环境地图。
2.根据权利要求1所述的地图创建设备，其中，
所述地图内位置控制单元基于所述移动体的移动规划或移动速度来在所述地图空间中设置所述移动体的位置坐标。
3.根据权利要求2所述的地图创建设备，其中，
所述地图内位置控制单元将所述移动体的位置坐标设置为由于使所述移动体的位置坐标从所述地图空间的中心沿与所述移动体的移动方向相反的方向或者沿与所述移动规划中的到达位置的方向相反的方向移动而产生的坐标。
4.根据权利要求3所述的地图创建设备，其中，
所述地图内位置控制单元将所述移动体的位置坐标设置为由于使所述移动体的位置坐标从所述地图空间的中心仅移动根据所述移动体的移动速度的距离而产生的坐标。
5.根据权利要求3所述的地图创建设备，其中，
所述地图空间包括基本地图空间和扩展地图空间，并且
所述地图内位置控制单元将所述移动体的位置坐标设置为由于使所述移动体的位置坐标从所述基本地图空间的中心沿与所述移动体的移动方向相反的方向或者沿与所述移动规划中的到达位置的方向相反的方向移动而产生的坐标。
6.根据权利要求5所述的地图创建设备，其中，
沿所述移动体的移动方向或者沿所述移动规划中的到达位置的方向与所述基本地图空间相邻地设置所述扩展地图空间。
7.根据权利要求5所述的地图创建设备，其中，
所述扩展地图空间的大小等于所述基本地图空间的大小。
8.根据权利要求1所述的地图创建设备，其中，
所述地图内位置控制单元基于与来自环境的音频有关的信息在所述地图空间中设置所述移动体的位置坐标。
9.根据权利要求1所述的地图创建设备，其中，
所述环境信息包括与从所述移动体到环境中存在的各个物体的距离有关的信息。
10.根据权利要求9所述的地图创建设备，其中，
所述地图空间被划分成每个均具有预定大小的网格单元，并且
所述感测反映单元基于各个物体对所述网格单元的占用概率来确定所述网格单元是占用区域还是空闲区域。
11.根据权利要求10所述的地图创建设备，其中，
所述感测反映单元基于由所述移动体感测到的所述环境信息，使包括各个物体的网格单元的占用概率增加。
12.根据权利要求10所述的地图创建设备，其中，
在所述移动体的移动范围超出所述网格单元的情况下，所述感测反映单元通过将所述环境地图中的在与所述移动体的移动方向相反的一侧的网格单元改变为未知区域来更新所述环境地图。
13.根据权利要求1所述的地图创建设备，其中，
所述地图空间包括环形缓冲区。
14.根据权利要求1所述的地图创建设备，其中，
设置所述地图空间的取向，使得所述移动体的取向相对于所述地图空间是固定的。
15.根据权利要求1所述的地图创建设备，其中，
所述地图空间包括三维空间，并且
所述移动体包括飞行器。
16.根据权利要求1所述的地图创建设备，其中，
通过无线地操纵所述移动体的发送/接收设备显示所述环境地图。
17.根据权利要求16所述的地图创建设备，其中，
所述发送/接收设备与所述环境地图一起显示由所述移动体捕获的环境的捕获图像。
18.一种地图创建方法，包括：
通过算术设备：
基于与移动体或环境有关的信息来设置所述移动体的位置坐标，所述位置坐标被设置在地图空间上，其中，对空间划界的一个边界和在与所述一个边界相对的一侧的另一边界连接；以及
通过使由所述移动体感测到的环境信息被反映到所述地图空间来创建与所述移动体周围的环境对应的环境地图。
19.一种使计算机用作以下的程序：
地图内位置控制单元，其基于与移动体或环境有关的信息来设置所述移动体的位置坐标，所述位置坐标被设置在地图空间上，其中，对空间划界的一个边界和在与所述一个边界相对的一侧的另一边界连接；以及
感测反映单元，其通过使由所述移动体感测到的环境信息被反映到所述地图空间来创建与所述移动体周围的环境对应的环境地图。
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