一种体素地图平面合并方法、系统、设备及存储介质与流程

所属的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“平台”。图7是本发明实施例中的一种体素地图平面合并设备的结构示意图。下面参照图7来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备600。图7显示的电子设备600仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。如图7所示，电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备600的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同平台组件(包括存储单元620和处理单元610)的总线630、显示单元640等。其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元610执行，使得处理单元610执行本说明书上述一种体素地图平面合并方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。例如，处理单元610可以执行如图1中所示的步骤。存储单元620可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(ram)6201和/或高速缓存存储单元6202，还可以进一步包括只读存储单元(rom)6203。存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204，这样的程序模块6205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网格环境的实现。总线630可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。电子设备600也可以与一个或多个外部设备700(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备600能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口650进行。并且，电子设备600还可以通过网格适配器660与一个或者多个网格(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网格，例如因特网)通信。网格适配器660可以通过总线630与电子设备600的其它模块通信。应当明白，尽管图7中未示出，可以结合电子设备600使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储平台等。本发明实施例中还提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，程序被执行时实现的一种体素地图平面合并方法的步骤。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行本说明书上述一种体素地图平面合并方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。如上所示，本实施例通过计算体素平面的哈希键值，能够快速将具有相似几何属性的体素平面合并到同一个哈希桶，并进行统一处理，不仅减少了重复表示，还通过优化合并操作提升了地图构建的精度和内存利用率，在保证slam系统定位精度的前提下，大幅度提高了系统的实时性和资源利用效率，特别是在处理大尺度环境时，能够更有效地应对传统固定体素大小方法的不足。图8是本发明实施例中的计算机可读存储介质的结构示意图。参考图8所示，描述了根据本发明的实施方式的用于实现上述方法的程序产品800，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网格，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。本实施例通过计算体素平面的哈希键值，能够快速将具有相似几何属性的体素平面合并到同一个哈希桶，并进行统一处理，不仅减少了重复表示，还通过优化合并操作提升了地图构建的精度和内存利用率，在保证slam系统定位精度的前提下，大幅度提高了系统的实时性和资源利用效率，特别是在处理大尺度环境时，能够更有效地应对传统固定体素大小方法的不足。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

背景技术：

1、激光雷达或深度相机同步定位与建图(slam)系统中，基于体素平面构建地图已经成为一种非常流行的做法。体素通过将空间划分为规则的三维网格，简化了对点云数据的处理，尤其是在实时slam系统中，体素平面用于表示环境中的几何结构。然而，传统的slam系统通常使用固定大小的体素平面来描述空间中的几何特征，这在实际应用中存在显著的问题。

2、当处理现实世界中的大面积平面(如墙面、地板等)时，多个体素平面往往被用于重复表示同一个物理特征。由于每个体素都需要存储和计算平面相关的信息(如法向量、中心点、协方差等)，这会导致存储空间的浪费和计算资源的过度消耗。随着体素数量的增加，系统的计算复杂度显著提升，内存使用量也随之增加。此外，使用固定大小的体素平面无法灵活应对不同尺度的几何结构，特别是在处理大平面时，无法充分表达这些特征的全局性质，导致slam系统在精度和效率上受限。

3、平面点的数量和分布直接影响着平面估计的精度，平面上的点越多，平面的估计精度越高，基于平面的slam精度也随之提升。然而，使用固定大小的体素平面难以有效聚合这些信息，导致大面积物理平面无法被准确描述和表示。这种固定体素大小的局限性使得现有的基于体素平面的slam方法在面对大尺度环境时存在显著的精度和效率瓶颈。

4、以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。

技术实现思路

1、为此，本发明提出了一种基于哈希算法的快速平面合并的方法，通过计算体素平面的哈希键值，能够快速将具有相似几何属性的体素平面合并到同一个哈希桶，并进行统一处理，不仅减少了重复表示，还通过优化合并操作提升了地图构建的精度和内存利用率，在保证slam系统定位精度的前提下，大幅度提高了系统的实时性和资源利用效率，特别是在处理大尺度环境时，能够更有效地应对传统固定体素大小方法的不足。

2、第一方面，本发明提供一种体素地图平面合并方法，其特征在于，包括：

3、步骤s1：将点云体素化，在体素内检测平面，并记录平面特征信息；

4、步骤s2：在所述体素内根据所述平面特征信息对所述平面进行分类，并计算哈希键值；

5、步骤s3：根据所述哈希键值和不同所述平面的位置关系，对多个所述平面进行合并。

6、可选地，所述的一种体素地图平面合并方法，其特征在于，所述步骤s1包括：

7、步骤s11：获取点云，并将所述点云体素化；

8、步骤s12：在体素内拟合初步平面；

9、步骤s13：根据所述初步平面及点云分布判断是否为平面；

10、步骤s14：记录所述平面的特征信息。

11、可选地，所述的一种体素地图平面合并方法，其特征在于，在步骤s13中，如果超过第一比例的点云数据与所述初步平面之间的距离小于第一阈值，则系统会判断所述体素内存在平面特征。

12、可选地，所述的一种体素地图平面合并方法，其特征在于，步骤s2包括：

13、步骤s21：计算所述平面的法向量在xoy平面的投影角度θ和所述法向量与z轴的夹角

14、步骤s22：计算所述平面与所述体素中心点的距离d；

15、步骤s23：计算所述平面的哈希键值，用于判断可以合并的所述平面。

16、可选地，所述的一种体素地图平面合并方法，其特征在于，步骤s24中，计算平面的哈希值其中，符号表示将数值向下取整到最近的整数，δθ、δφ、δd分别是对应参数的量化区间，决定了参数的哈希桶的宽度；再根据哈希键值的计算方法，将相似的平面用一个键值表示。

17、可选地，所述的一种体素地图平面合并方法，其特征在于，步骤s3包括：

18、步骤s31：在同一哈希桶内，根据所述平面包含的点云数在多个所述平面中确定参考平面和待合并平面；

19、步骤s32：根据所述参考平面与所述待合并平面的夹角、距离和点云协方差矩阵的特征值判断是否合并。

20、可选地，所述的一种体素地图平面合并方法，其特征在于，步骤s3还包括：

21、步骤s33：根据所述参考平面和所述待合并平面按点云数加权计算中心点；

22、步骤s34：重新计算所述协方差矩阵的奇异值，并分解计算合并后平面的法向量。

23、第二方面，本发明提供一种体素地图平面合并系统，用于实现前述任一项所述的体素地图平面合并方法，其特征在于，包括：

24、检测模块，用于将点云体素化，在体素内检测平面，并记录平面特征信息；

25、计算模块，用于在所述体素内根据所述平面特征信息对所述平面进行分类，并计算哈希键值；

26、合并模块，用于根据所述哈希键值和不同所述平面的位置关系，对多个所述平面进行合并。

27、第三方面，本发明提供一种体素地图平面合并设备，其特征在于，包括：

28、处理器；

29、存储器，其中存储有所述处理器的可执行指令；

30、其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行前述任一项所述体素地图平面合并方法的步骤。

31、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，其特征在于，所述程序被执行时实现前述任一项所述体素地图平面合并方法的步骤。

32、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

33、本发明通过计算体素平面的哈希键值，能够快速将具有相似几何属性的体素平面合并到同一个哈希桶，并进行统一处理，不仅减少了重复表示，还通过优化合并操作提升了地图构建的精度和内存利用率，在保证slam系统定位精度的前提下，大幅度提高了系统的实时性和资源利用效率，特别是在处理大尺度环境时，能够更有效地应对传统固定体素大小方法的不足。