本发明专利技术涉及一种利用一位于一对象上的传感器的传感器数据来对所述对象的运动进行计算机辅助计算的方法，所述传感器数据包含至少两个在不同时间点测得的测点集、所述测点集由所述对象的环境中的至少两个测点构成，测定所述对象在一于一第一时间点测得的第一测点集和一于一第二时间点测得的第二测点集之间的运动。所述方法的特征在于，先从所述第一测点集和所述第二测点集中提取结构元素（例如线条、圆等等）形式的结构信息并将其与无法分配给任何结构类型的测点存储在一起。随后，先是在结构类型相同的结构元素之间确定关联并确定用于为这些结构元素建立对应关系的相应变换。接下来的最后一步是使所述不可分配测点与结构元素之间产生关联并实施相应变换来为已产生关联的测点及结构元素建立对应关系。通过本发明专利技术提供的方法能够通过一混合式扫描对所述对象的运动进行测定。优选通过那些将传感器测量噪声考虑在内的统计学方法来使所述结构元素或所述测点之间产生关联。所述方法尤其适用于对自主移动系统（例如机器人、车辆、起重机或其他类似物）的自行运动进行测定。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种利用传感器数据来对一对象的运动进行计算机辅助计算的方法 以及一种相应的装置和一种相应的计算机程序产品。
技术介绍
本专利技术涉及的是对移动对象(例如车辆、飞机、机器人和诸如此类的物体)的自行 运动进行测定这一
当这些对象进行自主运动时，需要在一空间中(例如在该运 动的二维平面内)对这个对象的位置和定向进行测定。测定位置时需要使用设置在对象上 的多个测量传感器(例如激光扫描器)。这些传感器对这个对象的环境进行检测并由此产 生一组测点，举例而言，这些测点由激光扫描器被环境物体反射的激光束的往返传播时间 得出。如果采用激光扫描器来测定位置，那么这些激光扫描器通常会采取某种安装方 式，使得这些激光扫描器可让光束平行于地面传播并对距下个反射点的距离进行测量。通 过这种方式可在自主运动对象的坐标中获得一个二维测点序列，这个序列也被称为“扫 描”。为了利用这些数据来测定对象的自行运动，现有技术是将较早前进行的扫描与当前扫 描进行比较。从中寻找一种变换方法，该变换方法可以对两个扫描进行彼此之间尽可能精 确的映射。现有技术中存在多种通过对不同时间点产生的测点集进行比较来测定对象自行 运动的标准方法。公开文献1对其中的常用方法进行了概述。已知方法基本上可分为两组。第一组方法是从测点集中提取结构元素(特别是线 条)并找出一种能以最佳方式为这些结构元素建立对应关系的变换方法。第二组方法是对 测得测点形式的原始数据进行处理。第一组方法在结构化环境(例如内腔)中的效果精确 而可靠。而第二组方法应用更为广泛，但不甚精确且计算复杂。当周围环境仅部分结构化 (例如仅能提取单独一个壁)时，这两类方法的实施效果都较差。在此情况下，第一组方法 可能无法对对象平行于这个壁的移动进行提取，第二组方法则容易受到被比较测点集中随 机分配但分配错误的测点对的牵制。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种利用传感器数据来对一对象的运动进行计算机辅助计算 的方法，所述方法可以简单而可靠地测定所述对象的自行运动。这个目的通过独立权利要求1、权利要求26或权利要求27所述特征而达成。本发 明的改进方案由各从属权利要求给出。根据本专利技术提供的方法，对位于一对象上的传感器的传感器数据进行处理，其中， 所述传感器数据包含多个在不同时间点测得的、由所述对象的周围环境中的测点所构成的 测点集，且对所述对象在一于第一时间点测得的第一数据集和一于第二时间点测得的第二数据集之间的运动进行测定。根据本专利技术提供的方法，第一步骤a)是从所述第一测点集中提取至少一种结构 类型的至少两个结构元素，由此获得第一数据集。以类似方式从第二测点集中提取至少两 个结构元素并由此获得第二数据集。其中，所述第一和第二数据集分别包含被提取结构元 素和不可分配测点，这些不可分配测点无法与任何结构元素关联。在步骤b)中，随后将第二数据集中相同结构类型的结构元素与第一数据集中的 相应结构元素进行关联。只要能找到关联，就在这些关联的基础上执行一个变换序列，以将 第二数据集的结构元素映射到第一数据集的结构元素上(该变换序列视情况可以仅包括 唯一一个变换或者在不存在任何关联的情况下包括不发生位置变化的零变换)，由此获得 一第三数据集。随后，在步骤C)中，将第三数据集的结构元素与第一数据集的不可分配测点进行 关联。只要能找到关联，就在这些关联的基础上执行一个第二变换序列，以将第三数据集的 结构元素映射到第一数据集的不可分配测点上(该变换序列视情况可以仅包括唯一一个 变换或者在不存在任何关联的情况下包括不发生位置变化的零变换)，由此获得一第四数 据集。最后至少在所述第一和第二变换序列的基础上对所述对象在第一和第二时间点 之间的运动进行测定。本专利技术提供的方法的特征在于可以适当方式既对结构元素形式的结构信息又对 不可分配测点进行处理。因而同时结合了前述第一和第二组方法的优点，即先寻找被提取 结构元素的一致性，然后通过将不可分配测点与结构元素进行比较来对从中得出的变换进 行细化。这就提供了一种可通过对两个测得的测点集进行比较来测定一对象的自行运动的 方法，这种方法不仅简单，也不会或者很少产生错误关联。根据本专利技术提供的方法的一种优选实施方式，所述被提取结构元素至少是线条类 型。在所述方法的步骤b)中，优选先提取线条类型的结构元素，为此可应用例如如文献1中所描述的已知提取方法。根据本专利技术提供的方法的一种优选方案，所述被提取结构元素也包括其他结构类 型，特别是弓形区(Kreissegment)这一结构类型。通过应用其他结构类型可使结构元素间 产生更精确的关联，进而在数据集之间建立更精确的对应关系。根据本专利技术提供的方法的一种优选方案，步骤a)首先对至少两个包含连续测点 的连通分量进行测定，其中，属于同一个连通分量的相邻测点之间不超过一最大点距。在此 可按如下方式特别简单有效地从一连通分量中提取结构类型为弓形区的结构元素首先计算一个圆，其中，位于该连通分量的各末端的边缘测点以及位于该连通分 量的这些边缘测点之间的一个测点(特别的该测点大体位于这些边缘测点之间的中点处) 都位于这个圆上。如果所述连通分量的每个测点与这个圆之间的最小距离均小于一预定阈 值，就将所述连通分量的各测点分配给计算出来的这个圆，否则就在该连通分量上与圆之 间的最小距离最大的那个测点处将该连通分量分割成两个连通分量。上述方法可借助简单的几何学原理来迅速找到合适的弓形区，这些弓形区可作为 结构元素进行处理。根据本专利技术提供的方法的一种特别优选实施方式，在步骤b)和C)中还借助适当的统计学方法来将传感器的测量噪声考虑在内，由此可提高对象自行运动的测定精度。这 种测量噪声优选体现为协方差矩阵及相应的马氏距离，本领域技术人员早已熟知这两种变 量。其中主要通过迭代法按下述方式来测定步骤b)的第一变换序列在步骤b. i)中，为一个结构元素对集合(每个结构元素对包含一已变换第二数 据集的结构元素以及一第一数据集的结构元素)计算那些变换的马氏距离，其中那些变换 对一结构元素对中的结构元素进行彼此之间的映射，所述马氏距离依赖于一瞬时协方差矩 阵，其中，在考虑所述马氏距离的情况下选择一结构元素对并实施一变换来进行被选结构 元素对中的结构元素彼此之间的映射，由此获得一个新的已变换第二数据集。步骤b. ii)是从所述结构元素对集合中至少去掉所述被选结构元素对，更新所述 协方差，并返回步骤b. i)。实施上述迭代法时，在步骤b. i)中选择变换时优选选择马氏距离较小的变换和/ 或长结构元素之间的变换和/或变换的集群。根据本专利技术的一种优选实施方式，对步骤b. i)中实施的变换进行估算，特别是基 于卡尔曼滤波。通过卡尔曼滤波同样可使步骤b.ii)中的协方差矩阵更新特别有效，在此 采用卡尔曼滤波更新公式来对协方差矩阵进行重新估算。在步骤b. ii)中优选还从所述结构元素集合中去掉一些结构元素对，这些结构元 素对的结构元素由一变换进行彼此之间的映射，该变换由一变换建立对应关系的结构元素 对，该变换的决定于更新后的协方差矩阵的马氏距离大于一预定阈值。根据本专利技术提供的方法的另一实施方式，开始实施用于测定所述第一变换序列的 迭代法时，已变换第二数据集对应于步骤a)中获得的第二数据本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用一位于一对象上的传感器的传感器数据来对所述对象的运动进行计算机辅助计算的方法，所述传感器数据包含至少两个在不同时间点测得的测点集，所述这些测点集由所述对象的环境中的至少两个测点（Ｐ１，．．．，Ｐ１２．Ｍ１，．．．，Ｍ５′）构成，其中，按如下方式测定所述对象在一于一第一时间点测得的第一测点集和一于一第二时间点测得的第二测点集之间的运动：ａ）从所述第一测点集和所述第二测点集中提取至少两个结构元素（Ｌ，Ｃ），所述至少两个结构元素（Ｌ，Ｃ），由此获得一第一数据集和一第二数据集，所述第一数据集和所述第二数据集均包含所述被提取结构元素（Ｌ，Ｃ）和至少两个无法分配给任何结构元素（Ｌ，Ｃ）的不可分配测点（Ｍ１，．．．，Ｍ３′）；ｂ）寻找所述第二数据集中相同结构类型的结构元素（Ｌ，Ｃ）与所述第一数据集的结构元素（Ｌ，Ｃ）的关联，并在找到的关联的基础上，实施一变换序列来将所述第二数据集的结构元素（Ｌ，Ｃ）映射到所述第一数据集的结构元素（Ｌ，Ｃ）上，由此获得一第三数据集；ｃ）寻找所述第三数据集的结构元素（Ｌ，Ｃ）与所述第一数据集的不可分配测点（Ｍ１，．．．，Ｍ３′）的关联，并在找到的关联的基础上，实施一第二变换序列来将所述第三数据集的结构元素（Ｌ，Ｃ）映射到所述第一数据集的不可分配测点（Ｍ１，．．．，Ｍ３′）上，由此获得一第四数据集；ｄ）至少在所述第一变换序列和所述第二变换序列的基础上测定所述对象在所述第一时间点和所述第二时间点之间的运动。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：文德林费坦恩，米夏埃尔菲格尔特，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。