只影响栅格（4， 3)的 f5 分量，所以 f5= f5+f(XjI,2) = 0+1/2 = 0.5。
[0054] 障碍物栅格（3,4)对栅格（4,3)的影响，且其只影响栅格（4,3)的 f4分量，所以
[0055] 障碍物栅格（2，4)对栅格（4，3)的影响/(\_arcta"a5i/5) = ，由角度分析知 /(x^rctan α5^ )介于分量f 4与f 5之间，所以要做一个向量分解，如图3所示，/4' = %与 /5' = X，所以： CN 105160122 A 说明书 5/6 页
[0056]
[0057] f5= ? ξ+?' 5= 〇· 5+1/5 = 0. 7
[0058] 综上栅格（4, 3)所受的影响向量 f (4, 3) = [0,0，1，0.9898,0.7,0,0,0]
[0059] 第三步
[0060] 根据以上步骤的方法，我们求出图4所示的三种角落环境的影响向量：
[0061]
[0062]
[0063]
[0064] 根据快速Walsh Hadama变换求出相应的特征向量，我们有：
[0065] F(corner :a) = [0· 42675,0· 07325,0,0,0· 17675, -0· 17675, -0· 25, -0· 25]
[0066] F(corner :b) = [0· 42675,0· 07325,0,0,0· 42675,0· 07325,0,0]
[0067] F(corner :c) = [0· 42675,0· 07325,0,0, -0· 17675,0· 17675,0· 25,0· 25]
[0068] 及相应的特征谱，我们有：
[0069] P(corner :a) = [0·182116,0·00536556,0,0· 187481]
[0070] P(corner :b) = [0·182116,0· 00536556,0,0· 187481]
[0071] P(corner :c) = [0· 182116,0· 00536556,0,0· 187481]
[0072] 第四步
[0073] 在相似性判断系统里，由于以上三个角落环境的特征谱都相同，容易计算其各夹 角余弦值：
[0074] cos Z (P (corner ：a), P (corner ：b)) = I ^ cos (deg reethreshold) = 0. 996195
[0075] cos Z (P (corner ：a), P (corner ：c)) = I cos (deg reethreshold) = 0. 996195
[0076] cos Z (P (corner ：c), P (corner ：b)) = I cos (deg reethreshold) = 0. 996195
[0077] 易知，以上这些环境都是相似的。
[0078] 在相似比度量系统里，根据特征谱，也容易计算其相似比都为λ = 1。
[0079] 第五步
[0080] 在旋转性度量系统与对称性度量系统里，根据方法二的Walsh Hadama变换我们容 易计算：
[0081]
[0082]
[0083]
[0084] 可知，
[0085] 1.角落b镜像后再循环左移3步与角落a在空间上各向同性，他们兼具镜像对称 性与旋转不变性；
[0086] 2.角落c循环左移4步与角落a在空间上各向同性，他们具有旋转不变性；
[0087] 3.角落b镜像后再循环左移7步与角落c在空间上各向同性，他们兼具镜像对称 性与旋转不变性；
[0088] 综上，我们可以看到图4所示的角落环境都是相似的，相似比均为λ = 1，旋转不 变性与镜像对称性均以量化的形式具体计算出，理论计算与实际环境中也是相符的。通过 环境特征的相似性度量系统，我们是可以把环境的特征信息量化建模计算的，这就方便做 后续的环境识别。
【主权项】
1. 一种基于栅格地图的环境特征的相似性度量方法，该方法是通过比对两个相似环境 的特征向量，以确定两个相似环境的关系，或者镜像对称一一称之为镜像对称性，或者循环 移位一一称之为旋转不变性，环境的建模及特征谱、相似性、镜像对称性、旋转不变性按如 下步骤给出： (1) 通过相关的设备及算法，如激光雷达、视觉传感器及SLAM算法等，建立实际环境的 栅格地图， (2) 在栅格地图上逐个分析每个障碍物栅格对周边空闲栅格的影响，如下所示： 障碍物栅格对栅格X的影响记作f(xe,d)，Θ e [〇,360)表示障碍物栅格相对栅格X 的方向夹角（栅格地图的X轴方向做为〇度起始方向），d表示障碍物栅格相对栅格X的距 离，按照Θ的递增顺序，栅格X的影响记为：(3) f(x)的离散化，对栅格X按角度Θ离散到有限的区间内[δ" δ2，···，δη]，ηεΝ， 如果：δ A δ δ i+1，i e [1，η-1]，k e [1，η]，则把/(Λκ)按向量分解到 δ ;与 δ i+1 两个方向上，离散化后，f(x) = [A，f2, ...，fn]，n e N (4) 根据栅格x的影响f(x)，提炼出其特征向量F(x)，炉是一种变换，可以是但不限于Fourier变换、Walsh变换等， (5) 根据栅格X的特征向量F(x)，计算出其特征谱P(x)，针对上一步骤中的变换，其特 征谱分别是相应变换的功率谱，特征谱即为栅格的环境特征。 (6) 特征谱比对， 栅格X的影响向量f (X)对应的特征向量F(X)、特征谱P(X)，栅格y的影响向量f(y) 对应的特征向量F(y)、特征谱P (y)，我们定义一阈值角度(Iegreethrashcild，若向量P(x)与向 量？(7)之间的夹角2(卩(叉），卩(7))彡(^代6^!311。1<1，或者(3〇8 2(?(叉），？(7))彡(3〇8((^ reethrash°ld)，就表示向量f(X)与f(y)是相似的，也就是栅格X与栅格y在实际环境中是相 似的，利用向量运算法则，我们可以计算：与C〇S(deg reethrash°ld)比较后，我们既可得出相似 性， 相似的向量PU)与向量P(y)是同向的，他们之间的转化因子即为相似比， (6)环境的不变性， 对于η维向量f(x)与f(y)表示的实际环境，如果： f(y) [i] = f(x) [(i+1) % η]对 V/e[0，《 - l]，3/e AM吏得等式成立，则称环境 f (X)与 f (y)是旋转不变性； 如果： f(y) [i] = f(x) [n-1-i]对V/e[0,n-l]使得等式成立，则称环境f(x)与f(y)是镜像 对称性； 通过特征向量F(X)与F(y)的计算，即可确定其镜像对称性与旋转不变性。 (7)对实际环境，通过特征向量与特征谱计算，我们即可找出实际环境栅格X与栅格y 的相似性与相似比，以及镜像对称性与旋转不变性。2. 如权利要求1所述的一种基于栅格地图的环境特征的相似性度量方法，其特征在 于，通过特征谱判断两个环境的相似性。3. 如权利要求1所述的一种基于栅格地图的环境特征的相似性度量方法，其特征在 于，通过相似环境的相似比来表示相似程度。4. 如权利要求1所述的一种基于栅格地图的环境特征的相似性度量方法，其特征在 于，相似环境之间的镜像对称性与旋转不变性的表示方法。5. 如权利要求1所述的一种基于栅格地图的环境特征的相似性度量方法，其特征在 于，为了计算方便把栅格的影响向量通过变换求取特征向量，通过特征向量计算相似环境 之间的镜像对称性与旋转不变性，这里的变换可以是但不限于Fourier变换、Walsh变换 等。
【专利摘要】本发明是一种基于栅格地图的环境特征的相似性度量方法，对于已经建好的栅格地图，在栅格地图中进行特征分析并做环境特征建模，相似的环境具有相似的环境特征，本发明提出了一种环境特征的相似性度量方法，做为环境特征识别的基础。本方法可以应用于机器人的环境识别、机器人的路径规划与自主运动，为机器人在实际环境中的游戏应用、机器人清洁等方面提供支撑。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105160122
【申请号】CN201510593704
【发明人】王红军
【申请人】王红军
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月8日