一种无人车可通行区域的存储、高效编辑和调用方法技术

本发明专利技术涉及一种无人车可通行区域的存储、高效编辑和调用方法。该方法通过对激光雷达点云处理过后形成的二维栅格子地图进行合并、编辑、拆分的操作。对合并后的全局地图进行编辑可以有效地提高编辑效率，通过编辑可以去除动态障碍物，增强边界约束和可通行区域的准确度和精度，然后再拆成子地图用于路径规划。经过编辑过后的子地图可以更好的反映了环境信息，从而为车辆安全的准确的路径规划提供依据。可以有效地减少因边界特征稀疏而造成的路径规划出现偏差或者不合理的情况。划出现偏差或者不合理的情况。划出现偏差或者不合理的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种无人车可通行区域的存储、高效编辑和调用方法


[0001]本专利技术涉及无人车
，尤其涉及基于激光雷达栅格地图的获取，图像处理技术。

技术介绍

[0002]目前主要利用三维激光雷达进行地图的创建，目前基于三维激光雷达的主要地图创建方式包括特征地图、点云地图、拓扑地图、栅格地图以及混合地图等。栅格地图包括二维栅格地图以及三维栅格地图，栅格地图通过设定栅格分辨率对原始点云进行稀疏化，大大降低了计算的复杂度，栅格内一般还保存着[0，1]区间内的数值以表示栅格被占据的概率，通过更新栅格内的占据概率可以增强栅格地图对于系统噪声的鲁棒性。通过对栅格状态的划分，栅格地图可以轻易地用于无人车辆导航，Konrad等人通过将栅格地图划分为多个子地图，在当前时刻更新一张或几张子地图中的栅格数据，从而可以根据计算平台的实际计算能力控制栅格地图数据的内存占用量以及数据量，避免了因为栅格地图数据增长带来的计算机内存占用以及计算量增大的问题。利用三维激光雷达对障碍物进行检测，得到包括正障碍、负障碍、悬崖、斜坡、动态障碍物的障碍物地图，根据激光雷达里程计发出的准可通行区域地图提供的地图尺寸以及地图位姿进行多地图融合，并对融合后的地图进行贝叶斯概率更新以及地图膨胀处理从而得到最终的可通行区域地图，提取的可通行区域地图并将其作为无人车辆的导航地图，用于无人车辆局部路径规划，但是提取到的可通行区域可能存在环境噪声，比如特征边界稀疏，在采集的过程中存在动态障碍物，这对局部规划将产生一定的影响。

技术实现思路

[0003]鉴于上述分析，我们提出了一种无人车可通行区域的存储、高效编辑和调用方法。该方法通过对提取到的可通行区域子地图进行合并、编辑、拆分的操作。对合并后的全局地图进行编辑可以有效地提高编辑效率，通过编辑可以滤除环境噪声、观测噪声以及位姿估计噪声，去除动态障碍物，增强边界约束和可通行区域的准确度和精度，然后再拆成子地图用于路径规划。经过编辑过后的子地图可以更好的对无人车的路径规划进行优化，可以有效地减少因边界特征稀疏而造成的路径规划出现偏差或者不合理的情况。
[0004]无人车可通行区域的存储、高效编辑和调用方法技术的实现主要包括以下步骤：
[0005]A、可通行区域提取
[0006]可通行区域主要分为三步：
[0007]首先，接收多个不同地图的消息以及里程计的消息，其中包括：准可通行区域地图、车辆位姿、里程计位姿、正负障碍地图、悬崖地图、斜坡地图。根据里程计位姿和车辆位姿对实时传输的正负障碍地图、悬崖地图、斜坡地图这三种均以车体为坐标系原点的地图进行位姿变换，将三张地图均融合到准可通行区域的地图中，得到还未处理的可通行区域。
[0008]之后对上述得到的地图进行基于核膨胀处理，处理后进行贝叶斯概率更新，需要
注意的是，为了正负障碍物的误检情况，对车前方区域内的概率不更新。需要说明的是，此概率不更新不代表不更新障碍物，只是不更新本帧的障碍物。如果上一帧检测出障碍物，在限定区域内，不更新概率，该区域依然是障碍物。这对于车辆在运动过程中较近处突然闪现的障碍物误检有滤除的效果，但是当车辆在静止情况下，诸如从车上下个人走到车跟前，这个是可以检测出来的，本目的主要是排除车辆运动时闪出来的障碍物误检。最后，对得到的概率地图转换成占据栅格地图，其中2代表障碍物，1代表可通行，0代表未知。对占据栅格地图进行基于半车宽的膨胀处理，得到最终的可通行地图。
[0009]贝叶斯概率更新算法原理描述：
[0010]本着被激光集中次数越多的体素被占据的可信度越大、占据概率越高的原则，以式1.1以及式1.2对每一体素的占据概率进行更新。
[0011][0012]M
new
(x)＝clamp(odds
‑1(odds(M
old
(x))
·
odds(p
hit
)))
[0013]其中p代表被占据栅格或者空栅格的初始概率值，M
new
(x)为正则化后的概率值，odds(p)是将概率值转化为odds值，odds^
‑
1是将odds值转化为概率值。
[0014]B、子地图拼接
[0015]可通行区域提取后，生成的文件中包含一系列子地图以及可以读取到车辆在每张子地图中的位置和位姿信息的文本。为了增强可通行区域的边界约束，去掉动态障碍物的干扰，需要对地图进行编辑以达到预期的效果。但是单张图片编辑效率低下，因此考虑通过图像处理技术将所有的子图片合并成一张完整的全局地图进行编辑，同时在编辑的同时在拼接完成的全局地图上显示车辆的位姿点。
[0016]图像拼接具体过程：在可通行区域提取存储过程中输出的的包含子地图的总数、子地图初始位姿信息、当前子地图编号、子地图分辨率、图片高度和图片宽度以及子地图位姿和车辆在子地图中的像素坐标以及该像素坐标在世界坐标系中的位姿信息。将存取的可通行区域第一张子地图作为所有地图拼接的原点，以这张地图中车辆的位姿信息为基准，将其它所有的子地图的车辆位姿通过旋转矩阵和平移矩阵变换统一到第一张子地图，相当于子地图的坐标系统一到第一张子地图中的车体坐标系。从获取可通行区域中保存的文本中获取相关位姿信息，根据每张子地图与第一张作为原点的子地图位姿信息获得旋转矩阵，由于每张图中的车辆所在像素索引都不一样，为了计算方便，都以图像中心的位姿为基础获得旋转和平移矩阵，因为车辆的像素位置和位姿可知，那么根据地图分辨率，就可以得到整张图中每个点的位姿。
[0017]旋转的时候采用中心旋转，以子地图的图像中心作为旋转中心，然后计算旋转角度和平移距离，根据获得的旋转角度和平移距离将所有的子地图进行拼接。拼接的原则是：只要任一张图像中有障碍物，则拼接后的图中也有障碍物。由于在不断拼接过程中，原先第一张图的原点信息也会进行更新，我们拼接的基础是原始第一张的子地图，在拼接过程中，在原始图的周围会补充很多信息，如果无法获得原始图在新图中的位置，那就失去了拼接的基础，所以需要更新原始图在不断扩展的新图中的位置。这里以图像的左上角作为位置标记。所以需要计算在更新后原点的信息，同时为了之后的拆图，需要将每张子地图在拼接完成的全局地图中的位置记录下来，主要记录内容包括：旋转角度，旋转之后的长度和宽度
以及旋转后的子地图在新图中的位置信息。
[0018]同样，如前所述，由于子地图在拼接过程中需要不断旋转，为了保证旋转之后不失去原有的图像信息，旋转之后的图像的长度和宽度都发生了变化。因为每张子地图的大小不一致，有的子地图很宽，有的子地图也许很长，所以在对子地图进行旋转平移后，无法简单的表示拼接后的新图的长宽，这需要根据待拼接的子地图和第一张图的平移关系判断拼接的位置大致为左上、左下、右上、右下四个部分，根据旋转后的子地图的长宽信息、拼接的位置以及现有地图的长宽信息计算新图的长度与宽度。
[0019]，整个过程可以使用opencv库里相关函数实现，比如利用copyMakeBoder本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人车可通行区域的存储、高效编辑和调用方法，其特征在于包括以下步骤：获取障碍物地图，由于可通行区域较大，在建立地图时每隔一段时间建立一张子地图，并以图片的形式保存到本地，并保存每张子地图中车辆的位置和位姿信息，车辆在地图中的像素位置，地图的大小，分辨率；利用每张子地图车辆的位置和位姿信息，将所有的子地图进行拼接，拼接结果是一张包含所有子图特征的全局地图，并保存子图在新图中的位置信息以供拆图时使用。对拼接完成的新图进行编辑。将编辑完成的新图重新进行拆分和调用。2.根据权利要求1所述的无人车可通行区域的存储、高效编辑和调用方法，获取障碍物地图的步骤包括：1)接受多个不同地图的消息以及里程计的消息，包括：准可通行区域地图、车辆位姿、里程计位姿、正负障碍地图、悬崖地图、斜坡地图，收到这些消息之后，要对这些消息进行时钟同步，以确保消息的同时性。2)对得到的地图进行膨胀处理。3)进行贝叶斯概率更新，把当前帧的所有障碍物信息与历史信息进行融合估计，得到一个新的概率地图，然后将其转换成栅格地图，之后再对得到的栅格地图进行形态学闭运算处理。3.根据权利要求2所述的获取获取障碍物地图的步骤，获得的可通行区域包括以下信息：包含子地图的总数、子地图初始位姿信息、当前子地图编号、子地图分辨率、子地图高度和宽度以及车辆在子地图中的像素坐标以及该像素坐标在世界坐标系中的位姿信息。4.对于权利要求1所述的一种无人车可通行区域的存储、高效编辑和调用方法，利用每张子地图车辆的位置和位姿信息，将所有的子地图进行拼接包括以下特征：1)从保存的每张子图中车辆的位置和位姿信息为前提，进行子地图的拼接。2)每张子地图是在子地图建立时刻的车体坐标系下建立的，拼接过程以获取的第一张子地图和位姿信息作为基准，将剩下的子地图进行变换，将其余包含车辆位姿信息的子地图统一到第一张子地图的车体坐标系，进行拼接。在拼接过程中，经过旋转平移的子地图与现有的地图之间可能存在重叠区域，拼接后的图...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClG零六F一六二九，
申请(专利权)人：北理慧动北京教育科技有限公司，
类型：发明
国别省市：