[发明专利]一种基于栅格地图的环境特征的相似性度量方法

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。

主权项

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——称之为镜像对称性，或者循环移位——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)通过一种或多种相关的设备及算法，这里的设备包括激光雷达、视觉传感器，这里的算法包括SLAM算法，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(xθ，d)，θ∈[0，360)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0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：f(x)=[f(xθ1,d1),f(xθ2,d2),...,f(xθs,ds),...],s∈N]]>(3)f(x)的离散化，对栅格x按角度θ离散到有限的区间内[δ1，δ2，...，δn]，n∈N，如果：δi≤θk≤δi+1，i∈[1，n‑1]，k∈[1，n]，则把按向量分解到δi与δi+1两个方向上，离散化后，f(x)＝[f1，f2，...，fn]，n∈N(4)根据栅格x的影响f(x)，提炼出其特征向量F(x)，是一种变换，是Fourier变换或Walsh变换，(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degreethreshold，若向量P(x)与向量P(y)之间的夹角∠(P(x)，P(y))≤degreethreshold，或者cos∠(P(x)，P(y))≥cos(degreethreshold)，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cos(degreethreshold)比较后，我们既可得出相似性，相似的向量P(x)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n维向量f(x)与f(y)表示的实际环境，如果：f(y)[i]＝f(x)[(i+l)％n]对使得等式成立，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。