地圖生成方法及地圖生成裝置與流程
2023-05-28 15:55:16
本發明涉及探測領域，特別涉及一種地圖生成方法及地圖生成裝置。
背景技術：
隨著社會的發展，人們對無人駕駛汽車、無人機等無人技術的需求越來越高。在無人技術領域，首要的技術問題是實時定位與地圖生成(Simultaneous local ization and mapping，簡稱SLAM)。現對於較為單一的室外環境，室外環境更為複雜和多變，現有的二維地圖已不能滿足無人汽車或無人機的定位需求，因此三維地圖的生成成為無人技術的研究熱點。
三維地圖生成方法是在無人汽車或無人機移動的過程中採集三維數據，根據採集到三維數據來生成三維地圖的方法。採集三維數據的採集器是安裝在無人汽車或無人機上的，會隨著無人汽車或無人機的移動而移動，即，三維數據採集器的位置、方向和速度均有變化，因此在三維地圖生成時，必須考慮到無人汽車或無人機的運行軌跡。
現有技術中的地圖生成方法通常有兩種，第一種是採用三維雷射雷達，需要在無人汽車或無人機靜止時才能進行一次完整的靜態掃描，生成一個較為完整的地圖需要多次停車，效率非常低。另一種方法是使用高速多線的雷射雷達，例如Velodyne HDL-64E來採集數據並使用其他傳感器例如裡程計、慣性導航系統IMU(inertia measurement unit)、GPS來作為輔助設備，這種方法的成本太高，並且由於IMU和GPS等傳感器依然會累積誤差，地圖精確度也較低。
可見，現有技術中的地圖生成方法效率低、成本高、精確度也較低。
技術實現要素：
本發明實施例中提供了一種地圖生成方法及地圖生成裝置，能提高地圖生成的效率，降低成本。
為了解決上述技術問題，本發明實施例公開了如下技術方案：
一方面，提供了地圖生成的方法，所述方法包括：
處理器接收雷射雷達發送的當前採樣時刻的數據幀；
所述處理器從所述當前採樣時刻的數據幀中提取數據特徵；
所述處理器將所述當前採樣時刻的數據幀中提取的數據特徵與上一個採樣時刻的數據幀中提取的數據特徵相對比，以獲取當前採樣時刻與上一個採樣時刻之間所述雷射雷達的相對位移；
根據所述相對位移，獲取當前採樣時刻雷射雷達在世界坐標系中的位置；
根據所述當前採樣時刻雷射雷達在世界坐標系中的位置，將所述當前採樣時刻的數據幀拼接進入地圖。
可選的，所述在處理器接收雷射雷達發送的當前採樣時刻的數據幀之前，所述方法還包括：
所述處理器獲取世界坐標系。
可選的，所述處理器獲取世界坐標系包括：
所述處理器以初始化時刻所述雷射雷達所在的坐標系作為所述世界坐標系。
可選的，所述處理器接收的雷射雷達發送的當前採樣時刻的數據幀為所述雷射雷達旋轉預設角度所採集的數據。
可選的，所述處理器從當前採樣時刻的數據幀中提取數據特徵，包括：
所述處理器將所述當前採樣時刻的數據幀轉換為體素格式的數據；
根據所述體素格式的數據獲取當前採樣時刻的圖像；
從所述當前採樣時刻的圖像中提取所述數據特徵；
所述數據特徵包括：圖像中物體邊緣，和/或圖像中物體中心點，和/或圖像中物體中心線。
第二方面，提供了一種地圖生成的方法，所述方法包括：
在當前採樣時刻，雷射雷達旋轉預設角度採集數據；
所述雷射雷達將採集到的數據以當前採樣時刻的數據幀發送至處理器。
第三方面，提供了一種地圖生成的裝置，所述裝置包括：
接收單元，用於接收雷射雷達發送的當前採樣時刻的數據幀；
提取單元，從所述當前採樣時刻的數據幀中提取數據特徵；
處理單元，用於將所述當前採樣時刻的數據幀中提取的數據特徵與上一個採樣時刻的數據幀中提取的數據特徵相對比，以獲取當前採樣時刻與上一個採樣時刻之間所述雷射雷達的相對位移；
所述處理單元還用於根據所述相對位移，獲取當前採樣時刻雷射雷達在世界坐標系中的位置；
拼接單元，用於根據所述當前採樣時刻雷射雷達在世界坐標系中的位置，將所述當前採樣時刻的數據幀拼接進入地圖。
可選的，所述處理單元還用於在接收器接收雷射雷達發送的當前採樣時刻的數據幀之前，獲取世界坐標系。
可選的，所述處理單元還用於：
將所述當前採樣時刻的數據幀轉換為體素格式的數據；
根據所述體素格式的數據獲取當前採樣時刻的圖像；
從所述當前採樣時刻的圖像中提取所述數據特徵；
所述數據特徵包括：圖像中物體邊緣，和/或圖像中物體中心點，和/或圖像中物體中心線。
第四方面，提供了一種地圖生成的裝置，所述裝置包括：
雷射雷達，所述雷射雷達用於在當前採樣時刻，雷射雷達旋轉預設角度採集數據；
發射單元，用於將採集到的數據以當前採樣時刻的數據幀發送至處理器。
本發明的實施例中公開了一種地圖生成的方法，通過對雷射雷達採集的當前採樣時刻的數據幀中提取的數據特徵，與上一個採樣時刻的數據幀中提取的數據特徵之間的對比，獲得當前採樣時刻與上一個採樣時刻紙件雷射雷達的相對位移，從而獲得當前時刻雷射雷達在世界坐標系中的位置，以將當前時刻採集的數據幀拼接進入地圖。本發明實施例的方法中，雷射雷達在運動中採集數據可以拼接進入地圖，無需停止雷射雷達的運動，可以提高生成地圖的效率，同時本發明實施例的方法無需其他輔助數據採集設備，降低了成本。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1所示為本發明實施例的地圖生成方法的流程圖；
圖2所示為採用本發明實施例的方法生成的地圖的示意圖；
圖3所示為本發明實施例的地圖生成方法的流程圖；
圖4所示為本發明實施例的地圖生成裝置的結構示意圖。
具體實施方式
本發明如下實施例提供了一種地圖生成的方法，能提高效率，降低成本。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
圖1所示為本發明實施例的地圖生成的方法，如圖1所示，所述方法包括：
步驟101，處理器接收雷射雷達發送的當前採樣時刻的數據幀。
本發明實施例中，雷射雷達可以是三維雷射雷達。
雷射雷達採樣時周期性的，本發明實施例中，雷射雷達的採集頻率是10Hz。
本發明實施例中，處理器接收的雷射雷達發送的當前採樣時刻的數據幀為所述雷射雷達旋轉預設角度所採集的數據。預設角度可以是360度。
每一次採樣周期中，採樣時刻可以是雷射雷達開始旋轉的時刻，也可以是雷射雷達旋轉360度之後歸位的時刻。
在步驟101之前，所述方法還包括：所述處理器獲取世界坐標系。
所述處理器獲取世界坐標系包括：
所述處理器以初始化時刻所述雷射雷達所在的坐標系作為所述世界坐標系。
步驟102，處理器從當前採樣時刻的數據幀中提取數據特徵。
所述處理器從當前採樣時刻的數據幀中提取數據特徵，包括：
所述處理器將所述當前採樣時刻的數據幀轉換為體素格式的數據；
根據所述體素格式的數據獲取當前採樣時刻的圖像；
從當前採樣時刻的圖像中提取所述數據特徵。
其中，體素格式(voxel grid)是指通過輸入的點雲數據創建一個三維體素柵格，即可以把體素柵格想像為微小的空間三維立方體的集合，然後在每個體素，即三維立方體內，用體素中所有點的重心來近似顯示體素中其他點，這樣該體素就內所有點就用一個重心點最終表示。採用體素格式可以減少點雲數據，並同時保持點雲的形狀特徵，可以提高配準、曲面重建、形狀識別等算法速度。
提取的數據特徵包括：圖像中物體邊緣，和/或圖像中物體中心點，和/或圖像中物體中心線。例如牆面邊緣，圓柱體路燈柱的中心線，圓球狀路燈的中心點等。
本發明實施例中，雷射雷達向處理器法術數據幀的頻率，以及處理器獲取數據特徵的頻率與雷射雷達採集數據的頻率相同，也為10Hz。
步驟103，處理器將當前採樣時刻的數據幀中提取的數據特徵與上一個採樣時刻的數據幀中提取的數據特徵相對比，以獲取當前採樣時刻與上一個採樣時刻之間所述雷射雷達的相對位移。
例如以牆面邊緣作為數據特徵，將當前採樣時刻的牆面邊緣和上一個採樣時刻的牆面邊緣進行對比，就可以獲得相對位移。
步驟104，根據相對位移，獲取當前採樣時刻雷射雷達在世界坐標系中的位置。
數據特徵是從雷射雷達採樣數據中提取的，所以當前採樣時刻的數據特徵相對於上一個採樣時刻的數據特徵的相對位移可以視為雷射雷達在兩個採樣時刻之間的相對位移。
獲取了雷射雷達在當前採樣時刻相對於上一個採樣時刻的相對位移，根據多次採樣時刻累計的相對位移就可以獲取雷射雷達從初始時刻到當前採樣時刻的位移，即可以獲取雷射雷達在世界坐標系中的位置。
步驟105，根據當前採樣時刻雷射雷達在世界坐標系中的位置，將當前採樣時刻的數據幀拼接進入地圖。
將當前採樣時刻的數據幀拼接進入地圖中，可以採用現有技術中的三維點雲處理方法，在此不再贅述。
圖2所示為採用本發明實施例方法生成的地圖的示意圖。
本發明實施例還提供了一種地圖生成的方法，所述方法包括：
在當前採樣時刻，雷射雷達旋轉預設角度採集數據；
所述雷射雷達將採集到的數據以當前採樣時刻的數據幀發送至處理器。
本發明實施例的方法中，雷射雷達可以安裝在汽車上，或者其他可移動的設備上，隨著汽車或可行動裝置的移動，雷射雷達也隨之移動，雷射雷達在移動過程中採集數據，從採集到的數據中提取數據特徵，以獲取兩次採樣時刻之間雷射雷達的相對位移，根據相對位移可以確定雷射雷達每個採樣時刻在世界坐標系中的位置，從而可以將雷射雷達每個採樣時刻採集到的數據拼接進入地圖中。本發明實施例的方法在雷射雷達移動中仍可以採集數據並且拼接進入地圖，提高了效率，同時本發明實施例的方法也無需其他輔助數據採集設備，降低了成本。
圖3所示為本發明實施例的地圖生成的方法的流程圖，如圖3所示，所述方法包括：
步驟301，處理器獲取世界坐標系。
步驟302，雷射雷達在移動過程中獲取t時刻的數據幀。
本實施例中，t時刻即當前採樣時刻，t+1時刻為下一個採樣時刻，t-1時刻為上一個採樣時刻。
步驟303，雷射雷達將t時刻的數據幀發送至處理器。
步驟304，處理器從t時刻的數據幀中提取數據特徵。
步驟305，處理器將t時刻的數據幀中提取的數據特徵與t-1時刻的數據幀中提取的數據特徵相對比，以獲取t時刻與t-1時刻之間雷射雷達的相對位移。
步驟306，根據相對位移，獲取t時刻雷射雷達在世界坐標系中的位置；
步驟307，根據t時刻雷射雷達在世界坐標系中的位置，將t時刻的數據幀拼接進入地圖。
本發明實施例的方法在雷射雷達移動中仍可以採集數據並且拼接進入地圖，提高了效率，同時本發明實施例的方法也無需其他輔助數據採集設備，降低了成本。
與上述地圖生成的方法相對應，本發明實施例還提供了一種地圖生成的裝置。圖4所示為本發明實施例的地圖生成的裝置，如圖4所示，所述裝置包括：
接收單元401，用於接收雷射雷達發送的當前採樣時刻的數據幀；
提取單元402，從所述當前採樣時刻的數據幀中提取數據特徵；
處理單元403，用於將所述當前採樣時刻的數據幀中提取的數據特徵與上一個採樣時刻的數據幀中提取的數據特徵相對比，以獲取當前採樣時刻與上一個採樣時刻之間所述雷射雷達的相對位移；
所述處理單元403還用於根據所述相對位移，獲取當前採樣時刻雷射雷達在世界坐標系中的位置；
拼接單元404，用於根據所述當前採樣時刻雷射雷達在世界坐標系中的位置，將所述當前採樣時刻的數據幀拼接進入地圖。
本發明實施例中，處理單元403還用於在接收器接收雷射雷達發送的當前採樣時刻的數據幀之前，獲取世界坐標系。
本發明實施例中，所述處理單元403還用於：
將所述當前採樣時刻的數據幀轉換為體素格式的數據；
根據所述體素格式的數據獲取當前採樣時刻的圖像；
從所述當前採樣時刻的圖像中提取所述數據特徵；
所述數據特徵包括：圖像中物體邊緣，和/或圖像中物體中心點，和/或圖像中物體中心線。
本發明實施例還提供了一種地圖生成裝置，所述裝置包括：
雷射雷達，所述雷射雷達用於在當前採樣時刻，雷射雷達旋轉預設角度採集數據；
發射單元，用於將採集到的數據以當前採樣時刻的數據幀發送至處理器。
本發明實施例在雷射雷達移動中仍可以採集數據並且拼接進入地圖，提高了效率，同時本發明實施例也無需其他輔助數據採集設備，降低了成本。
本發明的實施例中公開了一種地圖生成的方法和裝置，在本發明實施例中，雷射雷達可以安裝在汽車上，或者其他可移動的設備上，隨著汽車或可行動裝置的移動，雷射雷達也隨之移動，雷射雷達在移動過程中採集數據，從採集到的數據中提取數據特徵，以獲取兩次採樣時刻之間雷射雷達的相對位移，根據相對位移可以確定雷射雷達每個採樣時刻在世界坐標系中的位置，從而可以將雷射雷達每個採樣時刻採集到的數據拼接進入地圖中。本發明實施例的方法在雷射雷達移動中仍可以採集數據並且拼接進入地圖，提高了效率，同時本發明實施例的方法也無需其他輔助數據採集設備，降低了成本。
本領域的技術人員可以清楚地了解到本發明實施例中的技術可藉助軟體加必需的通用硬體的方式來實現，通用硬體包括通用集成電路、通用CPU、通用存儲器、通用元器件等，當然也可以通過專用硬體包括專用集成電路、專用CPU、專用存儲器、專用元器件等來實現，但很多情況下前者是更佳的實施方式。基於這樣的理解，本發明實施例中的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品可以存儲在存儲介質中，如只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟、光碟等，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。
本說明書中的各個實施例均採用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對於系統實施例而言，由於其基本相似於方法實施例，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。
以上所述的本發明實施方式，並不構成對本發明保護範圍的限定。任何在本發明的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。