[發(fā)明專利]一種2D SLAM算法評估及量化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010891817.8
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112069445A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉麗偉;曲達(dá)明;朱緒康;趙子君;侯阿臨;李秀華;梁超;楊冬
• 申請（專利權(quán)）人: 長春工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提出了一種2D SLAM算法評估及量化方法，屬于移動機(jī)器人領(lǐng)域。該方法包括：獲取不同SLAM算法創(chuàng)建的地圖數(shù)據(jù)；提出五個(gè)衡量算法優(yōu)劣的評判指標(biāo)；根據(jù)算法獲得的地圖數(shù)據(jù)計(jì)算歸一化最鄰近距離、均方誤差、結(jié)構(gòu)相似性、柵格占用自由比、邊長總和這五個(gè)指標(biāo)；根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果判斷算法的優(yōu)劣。本發(fā)明提供了一種2D SLAM算法評估及量化方法，能夠更科學(xué)的對生成的地圖進(jìn)行評價(jià)，更準(zhǔn)確反映算法的質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及移動機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種2D SLAM算法評估及量化方法。

背景技術(shù)

移動機(jī)器人利用自身傳感器獲得環(huán)境的地圖，同時(shí)確定自身在環(huán)境中的位置和姿態(tài)的過程叫做同時(shí)定位與建圖 (Simultaneous Localization and Mapping, SLAM)。各種SLAM算法基本理論不同，不同場景下其表現(xiàn)狀態(tài)也不盡相同。工程中，SLAM算法生成地圖的精度會直接影響移動機(jī)器人的定位和自主導(dǎo)航，所以挑選出表現(xiàn)最好的算法至關(guān)重要。比較多種算法結(jié)果的最簡單方法是計(jì)算生成地圖和地面實(shí)況圖之間的差異。傳統(tǒng)上，都是通過人眼觀察生成地圖，評價(jià)其與實(shí)際環(huán)境的差異，但是該方法主觀性較強(qiáng)，評價(jià)結(jié)果會隨評估者的主觀看法和經(jīng)驗(yàn)的不同而改變，不能準(zhǔn)確反映算法的質(zhì)量，現(xiàn)階段仍缺乏一種科學(xué)評估地圖的方法，為選擇最佳算法提供有效依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種2D SLAM算法評估及量化方法，能夠更科學(xué)的對生成的地圖進(jìn)行評價(jià)，選擇能生成最適用于機(jī)器人定位、導(dǎo)航的算法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種2D SLAM算法評估及量化方法，所述評估指標(biāo)包括：歸一化最鄰近距離、均方誤差、結(jié)構(gòu)相似性、柵格占用自由比、邊長總和；

所述評估及量化方法，包括如下步驟：

步驟一：分別運(yùn)行SLAM算法，控制移動機(jī)器人運(yùn)動并生成環(huán)境地圖；

步驟二：使用Ostu算法將生成地圖二值化；

步驟三：統(tǒng)計(jì)生成地圖墻壁和自由空間所對應(yīng)的像素?cái)?shù)并計(jì)算其像素比；

步驟四：進(jìn)一步的，縮小生成地圖的墻線，計(jì)算所有封閉區(qū)域的周長；

步驟五：進(jìn)一步的，將生成地圖和各自的地面真值對齊；

步驟六：計(jì)算生成地圖與實(shí)際環(huán)境的距離、生成地圖與實(shí)際環(huán)境對應(yīng)像素差值的均方差，衡量生成地圖與原始圖的相似程度。

所述步驟一包括以下步驟：

1）創(chuàng)建模擬各種類型地形的3D模型，并且使用插件從這些3D模型獲得地面的實(shí)況圖（2D）；

2）使用Gazebo搭建兩組仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境；

3）分別使用Turtlebot3 Burger機(jī)器人和Turtlebot3 Burger機(jī)器人的模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

4）使用rosbag保存ROS所有主題數(shù)據(jù)，地圖的分辨率設(shè)置為0.05米/像素，柵格地圖以pgm格式保存。

所述步驟六包括以下步驟：

1）使用knnsearch確定從地面真值圖的每個(gè)被占用單元到結(jié)果圖中最近單元的距離，根據(jù)公式計(jì)算歸一化最鄰近距離，式中：N是占用柵格的數(shù)量；

2）根據(jù)公式計(jì)算均方誤差，式中：x和y分別為生成地圖與地面實(shí)況圖，和分別為相應(yīng)圖像中第行列的像素值；

3）根據(jù)公式

計(jì)算結(jié)構(gòu)相似性，其中和分別是x和y的平均值，和分別是x和y的方差，是x和y的協(xié)方差，和是用來維持穩(wěn)定的常數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：