SLAM 建立局部二维栅格地图的一种方法

本文介绍了一种基于深度相机建立局部二维栅格地图的方法,包括初始化地图、获取特定高度范围内的三维点、投影形成二维离散障碍图以及从相机中心进行放射扫描的步骤。通过实例展示了建图过程,有助于理解移动机器人导航中的地图构建技术。

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二维占据栅格地图(栅格地图)广泛应用于移动机器人导航领域中,比如路径规划、实时避障。

栅格地图的绘制通常有两种方式,一种是通话雷达扫描,另一种是通过相机获取场景三维点云,然后再绘制栅格地图.

本篇博客讲述的是一种基于深度相机的建图方法.深度相机可以输出相机的原图和深度信息,即可以实时的获取场景的三维点云.

我们只利用深度信息就可以建立局部栅格地图.建立地图的步骤如下:


图1  局部栅格地图绘制流程

下面通过对一个场景建立局部地图的过程,解释每一步骤并给出结果:

 

下图为我们要创建的栅格地图场景,这个例子中,我们获取以地面为起点,0-0.8米的点云来画栅格地图。

 

### 栅格地图的定义 栅格地图(Grid Map)是一种二维或三维网格形式表示环境的地图类型。在栅格地图中,整个环境被划分为若干个规则的小单元格(栅格),每个栅格存储一个数值,用于表示该区域的状态信息,例如是否被占据、是否可通过或未知状态。这种地图表示方法具有结构简单、易于处理的特点,因此在机器人导航、路径规划和环境建模等领域广泛应用。 在三维环境中,栅格地图可以进一步扩展为**三维立体栅格地图**,能够更全面地反映空间信息,包括占据区域、空闲区域和未知区域,从而为移动机器人提供更加精确的环境感知能力[^2]。 ### 应用场景 1. **机器人导航与路径规划** 栅格地图广泛应用于移动机器人的导航系统中,通过将环境划分为占据、空闲和未知区域,机器人可以根据地图进行避障和路径规划。ROS(Robot Operating System)中的栅格地图使用白色(值为0)表示空闲区域,黑色(值为100)表示障碍物区域,灰色(值为-1)表示未知区域,这一标准已被广泛应用[^3]。 2. **SLAM(同步定位与地图构建)** 在SLAM技术中,机器人通过传感器数据实时构建环境地图并同时估计自身位置,栅格地图是其中常用的地图表示方式之一。它有助于实现动态环境下的实时更新与重规划[^1]。 3. **虚拟现实与增强现实** 三维栅格地图可用于构建虚拟环境的空间模型,帮助实现更真实的交互体验。例如,在AR应用中,设备可以通过栅格地图理解真实空间布局,从而准确放置虚拟对象。 4. **室内三维建模与特征提取** 基于滑动窗口的方法可以在室内环境中构建三维立体栅格地图,并从中提取关键特征点,用于机器人识别与环境理解。相比点云地图,三维栅格地图能更好地表达空间的占据状态。 5. **自动驾驶与高精地图构建** 在自动驾驶领域,基于栅格的地图可用于局部路径规划和障碍物预测。虽然高精地图通常采用矢量格式,但其底层仍可能依赖栅格地图进行空间划分与融合处理[^1]。 --- ### 示例:ROS中栅格地图的数值表示 ```python # ROS栅格地图中每个栅格的典型取值含义 grid_value = { 0: "空闲(可通过)", 100: "占据(障碍物)", -1: "未知" } ``` ---
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