地图生成方法及地图生成装置与流程

本发明涉及探测领域，特别涉及一种地图生成方法及地图生成装置。

背景技术：

随着社会的发展，人们对无人驾驶汽车、无人机等无人技术的需求越来越高。在无人技术领域，首要的技术问题是实时定位与地图生成(Simultaneous local ization and mapping，简称SLAM)。现对于较为单一的室外环境，室外环境更为复杂和多变，现有的二维地图已不能满足无人汽车或无人机的定位需求，因此三维地图的生成成为无人技术的研究热点。

三维地图生成方法是在无人汽车或无人机移动的过程中采集三维数据，根据采集到三维数据来生成三维地图的方法。采集三维数据的采集器是安装在无人汽车或无人机上的，会随着无人汽车或无人机的移动而移动，即，三维数据采集器的位置、方向和速度均有变化，因此在三维地图生成时，必须考虑到无人汽车或无人机的运行轨迹。

现有技术中的地图生成方法通常有两种，第一种是采用三维激光雷达，需要在无人汽车或无人机静止时才能进行一次完整的静态扫描，生成一个较为完整的地图需要多次停车，效率非常低。另一种方法是使用高速多线的激光雷达，例如Velodyne HDL-64E来采集数据并使用其他传感器例如里程计、惯性导航系统IMU(inertia measurement unit)、GPS来作为辅助设备，这种方法的成本太高，并且由于IMU和GPS等传感器依然会累积误差，地图精确度也较低。

可见，现有技术中的地图生成方法效率低、成本高、精确度也较低。

技术实现要素：

本发明实施例中提供了一种地图生成方法及地图生成装置，能提高地图生成的效率，降低成本。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一方面，提供了地图生成的方法，所述方法包括：

处理器接收激光雷达发送的当前采样时刻的数据帧；

所述处理器从所述当前采样时刻的数据帧中提取数据特征；

所述处理器将所述当前采样时刻的数据帧中提取的数据特征与上一个采样时刻的数据帧中提取的数据特征相对比，以获取当前采样时刻与上一个采样时刻之间所述激光雷达的相对位移；

根据所述相对位移，获取当前采样时刻激光雷达在世界坐标系中的位置；

根据所述当前采样时刻激光雷达在世界坐标系中的位置，将所述当前采样时刻的数据帧拼接进入地图。

可选的，所述在处理器接收激光雷达发送的当前采样时刻的数据帧之前，所述方法还包括：

所述处理器获取世界坐标系。

可选的，所述处理器获取世界坐标系包括：

所述处理器以初始化时刻所述激光雷达所在的坐标系作为所述世界坐标系。

可选的，所述处理器接收的激光雷达发送的当前采样时刻的数据帧为所述激光雷达旋转预设角度所采集的数据。

可选的，所述处理器从当前采样时刻的数据帧中提取数据特征，包括：

所述处理器将所述当前采样时刻的数据帧转换为体素格式的数据；

根据所述体素格式的数据获取当前采样时刻的图像；

从所述当前采样时刻的图像中提取所述数据特征；

所述数据特征包括：图像中物体边缘，和/或图像中物体中心点，和/或图像中物体中心线。

第二方面，提供了一种地图生成的方法，所述方法包括：

在当前采样时刻，激光雷达旋转预设角度采集数据；

所述激光雷达将采集到的数据以当前采样时刻的数据帧发送至处理器。

第三方面，提供了一种地图生成的装置，所述装置包括：

接收单元，用于接收激光雷达发送的当前采样时刻的数据帧；

提取单元，从所述当前采样时刻的数据帧中提取数据特征；

处理单元，用于将所述当前采样时刻的数据帧中提取的数据特征与上一个采样时刻的数据帧中提取的数据特征相对比，以获取当前采样时刻与上一个采样时刻之间所述激光雷达的相对位移；

所述处理单元还用于根据所述相对位移，获取当前采样时刻激光雷达在世界坐标系中的位置；

拼接单元，用于根据所述当前采样时刻激光雷达在世界坐标系中的位置，将所述当前采样时刻的数据帧拼接进入地图。

可选的，所述处理单元还用于在接收器接收激光雷达发送的当前采样时刻的数据帧之前，获取世界坐标系。

可选的，所述处理单元还用于：

将所述当前采样时刻的数据帧转换为体素格式的数据；

根据所述体素格式的数据获取当前采样时刻的图像；

从所述当前采样时刻的图像中提取所述数据特征；

所述数据特征包括：图像中物体边缘，和/或图像中物体中心点，和/或图像中物体中心线。

第四方面，提供了一种地图生成的装置，所述装置包括：

激光雷达，所述激光雷达用于在当前采样时刻，激光雷达旋转预设角度采集数据；

发射单元，用于将采集到的数据以当前采样时刻的数据帧发送至处理器。

本发明的实施例中公开了一种地图生成的方法，通过对激光雷达采集的当前采样时刻的数据帧中提取的数据特征，与上一个采样时刻的数据帧中提取的数据特征之间的对比，获得当前采样时刻与上一个采样时刻纸件激光雷达的相对位移，从而获得当前时刻激光雷达在世界坐标系中的位置，以将当前时刻采集的数据帧拼接进入地图。本发明实施例的方法中，激光雷达在运动中采集数据可以拼接进入地图，无需停止激光雷达的运动，可以提高生成地图的效率，同时本发明实施例的方法无需其他辅助数据采集设备，降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明实施例的地图生成方法的流程图；

图2所示为采用本发明实施例的方法生成的地图的示意图；

图3所示为本发明实施例的地图生成方法的流程图；

图4所示为本发明实施例的地图生成装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明如下实施例提供了一种地图生成的方法，能提高效率，降低成本。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本发明实施例的地图生成的方法，如图1所示，所述方法包括：

步骤101，处理器接收激光雷达发送的当前采样时刻的数据帧。

本发明实施例中，激光雷达可以是三维激光雷达。

激光雷达采样时周期性的，本发明实施例中，激光雷达的采集频率是10Hz。

本发明实施例中，处理器接收的激光雷达发送的当前采样时刻的数据帧为所述激光雷达旋转预设角度所采集的数据。预设角度可以是360度。

每一次采样周期中，采样时刻可以是激光雷达开始旋转的时刻，也可以是激光雷达旋转360度之后归位的时刻。

在步骤101之前，所述方法还包括：所述处理器获取世界坐标系。

所述处理器获取世界坐标系包括：

所述处理器以初始化时刻所述激光雷达所在的坐标系作为所述世界坐标系。

步骤102，处理器从当前采样时刻的数据帧中提取数据特征。

所述处理器从当前采样时刻的数据帧中提取数据特征，包括：

所述处理器将所述当前采样时刻的数据帧转换为体素格式的数据；

根据所述体素格式的数据获取当前采样时刻的图像；

从当前采样时刻的图像中提取所述数据特征。

其中，体素格式(voxel grid)是指通过输入的点云数据创建一个三维体素栅格，即可以把体素栅格想象为微小的空间三维立方体的集合，然后在每个体素，即三维立方体内，用体素中所有点的重心来近似显示体素中其他点，这样该体素就内所有点就用一个重心点最终表示。采用体素格式可以减少点云数据，并同时保持点云的形状特征，可以提高配准、曲面重建、形状识别等算法速度。

提取的数据特征包括：图像中物体边缘，和/或图像中物体中心点，和/或图像中物体中心线。例如墙面边缘，圆柱体路灯柱的中心线，圆球状路灯的中心点等。

本发明实施例中，激光雷达向处理器法术数据帧的频率，以及处理器获取数据特征的频率与激光雷达采集数据的频率相同，也为10Hz。

步骤103，处理器将当前采样时刻的数据帧中提取的数据特征与上一个采样时刻的数据帧中提取的数据特征相对比，以获取当前采样时刻与上一个采样时刻之间所述激光雷达的相对位移。

例如以墙面边缘作为数据特征，将当前采样时刻的墙面边缘和上一个采样时刻的墙面边缘进行对比，就可以获得相对位移。

步骤104，根据相对位移，获取当前采样时刻激光雷达在世界坐标系中的位置。

数据特征是从激光雷达采样数据中提取的，所以当前采样时刻的数据特征相对于上一个采样时刻的数据特征的相对位移可以视为激光雷达在两个采样时刻之间的相对位移。

获取了激光雷达在当前采样时刻相对于上一个采样时刻的相对位移，根据多次采样时刻累计的相对位移就可以获取激光雷达从初始时刻到当前采样时刻的位移，即可以获取激光雷达在世界坐标系中的位置。

步骤105，根据当前采样时刻激光雷达在世界坐标系中的位置，将当前采样时刻的数据帧拼接进入地图。

将当前采样时刻的数据帧拼接进入地图中，可以采用现有技术中的三维点云处理方法，在此不再赘述。

图2所示为采用本发明实施例方法生成的地图的示意图。

本发明实施例还提供了一种地图生成的方法，所述方法包括：

在当前采样时刻，激光雷达旋转预设角度采集数据；

所述激光雷达将采集到的数据以当前采样时刻的数据帧发送至处理器。

本发明实施例的方法中，激光雷达可以安装在汽车上，或者其他可移动的设备上，随着汽车或可移动设备的移动，激光雷达也随之移动，激光雷达在移动过程中采集数据，从采集到的数据中提取数据特征，以获取两次采样时刻之间激光雷达的相对位移，根据相对位移可以确定激光雷达每个采样时刻在世界坐标系中的位置，从而可以将激光雷达每个采样时刻采集到的数据拼接进入地图中。本发明实施例的方法在激光雷达移动中仍可以采集数据并且拼接进入地图，提高了效率，同时本发明实施例的方法也无需其他辅助数据采集设备，降低了成本。

图3所示为本发明实施例的地图生成的方法的流程图，如图3所示，所述方法包括：

步骤301，处理器获取世界坐标系。

步骤302，激光雷达在移动过程中获取t时刻的数据帧。

本实施例中，t时刻即当前采样时刻，t+1时刻为下一个采样时刻，t-1时刻为上一个采样时刻。

步骤303，激光雷达将t时刻的数据帧发送至处理器。

步骤304，处理器从t时刻的数据帧中提取数据特征。

步骤305，处理器将t时刻的数据帧中提取的数据特征与t-1时刻的数据帧中提取的数据特征相对比，以获取t时刻与t-1时刻之间激光雷达的相对位移。

步骤306，根据相对位移，获取t时刻激光雷达在世界坐标系中的位置；

步骤307，根据t时刻激光雷达在世界坐标系中的位置，将t时刻的数据帧拼接进入地图。

本发明实施例的方法在激光雷达移动中仍可以采集数据并且拼接进入地图，提高了效率，同时本发明实施例的方法也无需其他辅助数据采集设备，降低了成本。

与上述地图生成的方法相对应，本发明实施例还提供了一种地图生成的装置。图4所示为本发明实施例的地图生成的装置，如图4所示，所述装置包括：

接收单元401，用于接收激光雷达发送的当前采样时刻的数据帧；

提取单元402，从所述当前采样时刻的数据帧中提取数据特征；

处理单元403，用于将所述当前采样时刻的数据帧中提取的数据特征与上一个采样时刻的数据帧中提取的数据特征相对比，以获取当前采样时刻与上一个采样时刻之间所述激光雷达的相对位移；

所述处理单元403还用于根据所述相对位移，获取当前采样时刻激光雷达在世界坐标系中的位置；

拼接单元404，用于根据所述当前采样时刻激光雷达在世界坐标系中的位置，将所述当前采样时刻的数据帧拼接进入地图。

本发明实施例中，处理单元403还用于在接收器接收激光雷达发送的当前采样时刻的数据帧之前，获取世界坐标系。

本发明实施例中，所述处理单元403还用于：

将所述当前采样时刻的数据帧转换为体素格式的数据；

根据所述体素格式的数据获取当前采样时刻的图像；

从所述当前采样时刻的图像中提取所述数据特征；

所述数据特征包括：图像中物体边缘，和/或图像中物体中心点，和/或图像中物体中心线。

本发明实施例还提供了一种地图生成装置，所述装置包括：

激光雷达，所述激光雷达用于在当前采样时刻，激光雷达旋转预设角度采集数据；

发射单元，用于将采集到的数据以当前采样时刻的数据帧发送至处理器。

本发明实施例在激光雷达移动中仍可以采集数据并且拼接进入地图，提高了效率，同时本发明实施例也无需其他辅助数据采集设备，降低了成本。

本发明的实施例中公开了一种地图生成的方法和装置，在本发明实施例中，激光雷达可以安装在汽车上，或者其他可移动的设备上，随着汽车或可移动设备的移动，激光雷达也随之移动，激光雷达在移动过程中采集数据，从采集到的数据中提取数据特征，以获取两次采样时刻之间激光雷达的相对位移，根据相对位移可以确定激光雷达每个采样时刻在世界坐标系中的位置，从而可以将激光雷达每个采样时刻采集到的数据拼接进入地图中。本发明实施例的方法在激光雷达移动中仍可以采集数据并且拼接进入地图，提高了效率，同时本发明实施例的方法也无需其他辅助数据采集设备，降低了成本。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，通用硬件包括通用集成电路、通用CPU、通用存储器、通用元器件等，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。