一种滑动地图更新方法和装置制造方法及图纸

本申请实施例提供一种滑动地图更新方法和装置，本申请实施例通过为点云特征新增“累计距离维度”这一维度信息，并根据该“累计距离维度”更新滑动地图，可以保留滑动地图中近期被观测区域附近的点云特征，保证了滑动地图中点云特征的有效性；以及，可以删除滑动地图中较久未被观测的冗余的点云特征，保证了滑动地图的精简性和一致性。进一步地，由于本申请实施例提供的滑动地图更新方法本质上是一种基于空间距离的更新方法，因此能够保证激光雷达长时间的运动静止不会导致滑动地图收缩至当前观测范围。

A method and device for updating slide map

【技术实现步骤摘要】
一种滑动地图更新方法和装置
本申请涉及机器视觉
，尤其涉及一种滑动地图更新方法和装置。
技术介绍
激光雷达里程计是一种利用特征匹配算法从连续的激光雷达观测数据(即观测到的点云特征)中得到激光雷达的运动估计的算法，所谓运动估计指的是两个相邻时刻之间的相对位姿。为了得到激光雷达准确的实时运动估计，一种常用的激光雷达里程计的实现方法是：维护一地图，在激光雷达的运动过程中通过将观测到的点云特征与地图中的点云特征进行匹配(ScantoMap)，求取它们之间的差别，进而得到激光雷达的运动估计。在这种激光雷达里程计的实现方法中，激光雷达里程计维护地图的方式对于性能影响较大。在一种方式中，可以采用全局地图方式更新维护地图：观测到新的点云特征后，通过特征匹配算法得到激光雷达的运动估计和新的全局位姿，全局位姿指的是某一个时刻相对于全局坐标系的位姿；基于该全局位姿和匹配算法的特征关联信息，将承载了新环境信息的点云特征融入全局地图。该方式不删除地图点云特征，因此地图大小会不断地增长，计算量和存储量随着地图的增长而增长，到后期实时性无法保证。在较小的环境中，当基于全局地图方式的激光雷达里程计运动轨迹闭环积累误差比较小时，可以实现全局SLAM(SimultaneousLocalizationAndMapping，即时定位与制图)的功能；但在较大的环境中，全局运动轨迹闭环累计误差较大时，由于闭环处地图点云特征的不一致性，容易发生运动估计的跳变。在另一种方式中，也可以采用滑动地图方式更新维护地图：滑动地图是以激光雷达或搭载激光雷达的载体为中心，随着激光雷达或载体的移动而在全局坐标系上滑动的地图显示方式。在有效的运动估计之后，通过一定的方式删减对运动估计提供信息量较小的区域，再从扫描数据中选择增加新的区域到地图中，从而实现迭代更新。
技术实现思路
本申请实施例提供一种滑动地图更新方法和装置，以解决滑动地图更新过程中可能存在的滑动地图有效区域筛选困难、滑动地图收缩的问题。具体地，本申请实施例是通过如下技术方案实现的：本申请实施例第一方面，提供了一种滑动地图更新方法，包括：获取K-1时刻的滑动地图和激光雷达在K时刻观测到的点云特征；根据K时刻观测到的点云特征对K-1时刻的滑动地图执行更新操作，得到K时刻的滑动地图；其中，所述更新操作为：将K时刻观测到的点云特征与K-1时刻的滑动地图的点云特征进行关联；针对K时刻观测到的点云特征中未被关联上的每个点云特征，将该点云特征加入K-1时刻的滑动地图中；针对K-1时刻的滑动地图中被关联上的每个点云特征，在K-1时刻的滑动地图中保留该点云特征；针对K-1时刻的滑动地图中未被关联上的每个点云特征，计算该点云特征最近一次被激光雷达观测到时激光雷达所处位置到K时刻激光雷达所处位置之间的累计运动距离；若该累计运动距离大于第一设定阈值，则从K-1时刻的滑动地图中删除该点云特征。本申请实施例第二方面，提供了一种滑动地图更新装置，具有实现上述第一方面提供的方法的功能。所述功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。所述硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的模块或单元。一种实现方式中，所述装置可以包括：获取模块，用于获取K-1时刻的滑动地图和激光雷达在K时刻观测到的点云特征；更新模块，用于根据K时刻观测到的点云特征对K-1时刻的滑动地图执行更新操作，得到K时刻的滑动地图；其中，所述更新操作为：将K时刻观测到的点云特征与K-1时刻的滑动地图的点云特征进行关联；针对K时刻观测到的点云特征中未被关联上的每个点云特征，将该点云特征加入K-1时刻的滑动地图中；针对K-1时刻的滑动地图中被关联上的每个点云特征，在K-1时刻的滑动地图中保留该点云特征；针对K-1时刻的滑动地图中未被关联上的每个点云特征，计算该点云特征最近一次被激光雷达观测到时激光雷达所处位置到K时刻激光雷达所处位置之间的累计运动距离；若该累计运动距离大于第一设定阈值，则从K-1时刻的滑动地图中删除该点云特征。另一种实现方式中，所述装置可以包括处理器、存储器和总线，所述处理器和所述存储器之间通过总线相互连接；所述存储器中存储机器可读指令，所述处理器通过调用所述机器可读指令，执行本申请实施例第一方面提供的方法。本申请实施例通过为点云特征新增“累计距离维度”这一维度信息，并根据该“累计距离维度”更新滑动地图，可以保留滑动地图中近期被观测区域附近的点云特征，保证了滑动地图中点云特征的有效性；以及，可以删除滑动地图中较久未被观测的冗余的点云特征，保证了滑动地图的精简性和一致性。进一步地，由于本申请实施例提供的滑动地图更新方法本质上是一种基于空间距离的更新方法，因此能够保证激光雷达长时间的运动静止不会导致滑动地图收缩至当前观测范围。附图说明图1是本申请实施例提供的应用场景的示意图；图2是本申请实施例提供的运行激光雷达里程计的设备在每个片段的运行流程图；图3是本申请实施例提供的滑动地图更新方法的流程图；图4是本申请实施例提供的运动估计跳变的示意图；图5是本申请实施例的装置模块框图。具体实施方式如果激光雷达里程计通过将观测到的点云特征与里程计维护的地图进行匹配来得到激光雷达的运动估计的方式实现，这里激光雷达里程计维护的地图可以是全局地图或者滑动地图，那么，在基于新观测到的点云特征计算激光雷达的运动估计时，由于激光雷达观测范围和视角的限制，全局地图中只有部分区域可以提供运动估计所需要的参考信息，即全局地图存在相当多的冗余信息。相比于使用全局地图，基于滑动地图实现的激光雷达里程计的计算量和存储量更小更稳定，精度损失小，可以减小或避免地图特征不一致性问题，是更为优越的实现方式。激光雷达里程计维护的滑动地图，是以激光雷达(或搭载激光雷达的载体)为中心，随着激光雷达或载体的移动而在全局坐标系(也称世界坐标系)上滑动的一种有限大小的地图，可用于推算激光雷达的运动估计。为了得到激光雷达准确的实时运动估计，需要对滑动地图进行更新，包括更新地图中点云特征的某些维度信息，以及在地图中增加和删除点云特征。其中，增加点云特征主要是增加两种区域的点云特征，即新观测到的区域以及原本特征稀疏的区域，以保证滑动地图能够充分并均匀的代表周围环境。删除点云特征则需要删除两种类型的点云特征，即激光雷达当前位姿难以观测到的区域的点云特征，以及由于运动轨迹误差积累导致相对于激光雷达当前位姿不一致的点云特征，以保证运动估计的连续性。滑动地图的更新算法直接决定了激光雷达里程计的性能。以下列举三种可能的滑动地图更新方法：在第一种可能的滑动地图更新方法中，当地图点云特征和激光雷达的距离超过某一阈值时，便删除该地图点云特征，从而保证只有近距离的地图点云特征得到维护。该方法的缺点有：距离阈值比较难以设置，较小的距离阈值使得地图范围过小，无法保证充足的地图点云特征匹配观测点云特征，进而影响运动估计的精度和鲁棒性。较大的距本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种滑动地图更新方法，其特征在于，包括：/n获取K-1时刻的滑动地图和激光雷达在K时刻观测到的点云特征；/n根据K时刻观测到的点云特征对K-1时刻的滑动地图执行更新操作，得到K时刻的滑动地图；其中，所述更新操作为：/n将K时刻观测到的点云特征与K-1时刻的滑动地图的点云特征进行关联；/n针对K时刻观测到的点云特征中未被关联上的每个点云特征，将该点云特征加入K-1时刻的滑动地图中；/n针对K-1时刻的滑动地图中被关联上的每个点云特征，在K-1时刻的滑动地图中保留该点云特征；/n针对K-1时刻的滑动地图中未被关联上的每个点云特征，计算该点云特征最近一次被激光雷达观测到时激光雷达所处位置到K时刻激光雷达所处位置之间的累计运动距离；若该累计运动距离大于第一设定阈值，则从K-1时刻的滑动地图中删除该点云特征。/n

【技术特征摘要】
1.一种滑动地图更新方法，其特征在于，包括：
获取K-1时刻的滑动地图和激光雷达在K时刻观测到的点云特征；
根据K时刻观测到的点云特征对K-1时刻的滑动地图执行更新操作，得到K时刻的滑动地图；其中，所述更新操作为：
将K时刻观测到的点云特征与K-1时刻的滑动地图的点云特征进行关联；
针对K时刻观测到的点云特征中未被关联上的每个点云特征，将该点云特征加入K-1时刻的滑动地图中；
针对K-1时刻的滑动地图中被关联上的每个点云特征，在K-1时刻的滑动地图中保留该点云特征；
针对K-1时刻的滑动地图中未被关联上的每个点云特征，计算该点云特征最近一次被激光雷达观测到时激光雷达所处位置到K时刻激光雷达所处位置之间的累计运动距离；若该累计运动距离大于第一设定阈值，则从K-1时刻的滑动地图中删除该点云特征。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，滑动地图中的点云特征承载的维度信息中包括累计距离维度，所述累计距离维度用于表示每个点云特征最近一次被激光雷达观测到时激光雷达所处位置到当前时刻激光雷达所处位置之间的累计运动距离；
所述针对K-1时刻的滑动地图中未被关联上的每个点云特征，计算该点云特征最近一次被激光雷达观测到时激光雷达所处位置到K时刻激光雷达所处位置之间的累计运动距离；若该累计运动距离大于第一设定阈值，则从K-1时刻的滑动地图中删除该点云特征，包括：
获取所述激光雷达从K-1时刻到K时刻的运动距离；
针对K-1时刻的滑动地图中未被关联上的每个点云特征，执行以下处理：
将该点云特征的累计距离维度的值加上所述激光雷达从K-1时刻到K时刻的运动距离，得到和值，所述和值表示该点云特征最近一次被激光雷达观测到时激光雷达所处位置到K时刻激光雷达所处位置之间的累计运动距离；
判断所述和值是否大于第一设定阈值；
若所述和值大于第一设定阈值，则从K-1时刻的滑动地图中删除该点云特征；
若所述和值小于第一设定阈值，则在K-1时刻的滑动地图中保留该点云特征，并将该点云特征的累计距离维度的值更新为所述和值。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述针对K时刻观测到的点云特征中未被关联上的每个点云特征，将该点云特征加入K-1时刻的滑动地图中，包括：
针对K时刻观测到的点云特征中未被关联上的每个点云特征，将该点云特征加入K-1时刻的滑动地图中，并将该点云特征的累计距离维度的值设置为零；
所述针对K-1时刻的滑动地图中被关联上的每个点云特征，在K-1时刻的滑动地图中保留该点云特征，包括：
针对K-1时刻的滑动地图中被关联上的每个点云特征，在K-1时刻的滑动地图中保留该点云特征，并将该点云特征的累计距离维度的值重置为零。


4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在获取所述激光雷达从K-1时刻到K时刻的运动距离之后，在针对K-1时刻的滑动地图中未被关联上的每个点云特征执行所述处理之前，所述方法还包括：
判断所述激光雷达从K-1时刻到K时刻的运动距离是否小于第二设定阈值；
若是，则将所述激光雷达从K-1时刻到K时刻的运动距离设置为零。


5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据K时刻观测到的点云特征对K-1时刻的滑动地图执行更新操作之前，所述方法还包括：
根据激光雷达在K-1时刻的全局位姿，将激光雷达在K时刻观测到的点云特征初步注册到全局坐标系；
根据初步注册后的K时刻观测到的点云特征以及K-1时刻滑动地图的点云特征，计算激光雷达在K时刻的全局位姿和在K时刻相对于K-1时刻的相对位姿，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕吉鑫，孙杰，
申请(专利权)人：杭州海康威视数字技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33