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matchScansLine

Estimar la pose entre dos escaneos láser usando características de línea

Sintaxis

relpose = matchScansLine(currScan,refScan,initialRelPose)

[relpose,stats] = matchScansLine(___)

[relpose,stats,debugInfo] = matchScansLine(___)

[___] = matchScansLine(___,Name,Value)

Descripción

relpose = matchScansLine(currScan,refScan,initialRelPose) estima la postura relativa entre dos escaneos basándose en las características de línea coincidentes identificadas en cada escaneo. Especifique una estimación inicial de la pose relativa, initialRelPose.

[relpose,stats] = matchScansLine(___) devuelve información adicional sobre la covarianza y la condición de salida en stats como una estructura utilizando las entradas anteriores.

[relpose,stats,debugInfo] = matchScansLine(___) devuelve información de depuración adicional, debugInfo, del resultado de coincidencia de escaneo basado en líneas.

[___] = matchScansLine(___,Name,Value) especifica opciones utilizando uno o más argumentos de pares nombre-valor.

Ejemplos

Estimar la pose de los escaneos con características lineales

Este ejemplo muestra cómo utilizar la función matchScansLine para estimar la posición relativa entre escaneos LiDAR dada una estimación inicial. Las características de línea identificadas se visualizan para mostrar cómo el algoritmo de coincidencia de escaneos asocia características entre escaneos.

Cargue un par de escaneos lidar. El archivo .mat también contiene una estimación inicial de la diferencia de pose relativa, initGuess, que podría basarse en la odometría u otros datos del sensor.

load tb3_scanPair.mat
plot(s1)
hold on
plot(s2)
hold off

Establezca parámetros para la extracción y asociación de entidades de línea. El ruido de los datos LIDAR determina el umbral de suavidad, que define cuándo se produce un salto de línea para una característica de línea específica. Aumente este valor para obtener datos LIDAR más ruidosos. La escala de compatibilidad determina cuándo las características se consideran coincidencias. Aumente este valor para restricciones más flexibles en los parámetros de entidades de línea.

smoothnessThresh = 0.2;
compatibilityScale = 0.002;

Llame a matchScansLine con la estimación inicial dada y otros parámetros especificados como pares nombre-valor. La función calcula las características de las líneas para cada escaneo, intenta hacerlas coincidir y utiliza una estimación general para obtener la diferencia de pose.

[relPose, stats, debugInfo] = matchScansLine(s2, s1, initGuess, ...
                                       'SmoothnessThreshold', smoothnessThresh, ...
                                       'CompatibilityScale', compatibilityScale);

Después de hacer coincidir los escaneos, la salida debugInfo le brinda información sobre los parámetros de las características de línea detectadas, [rho alpha], y la hipótesis de qué características coinciden entre los escaneos.

debugInfo.MatchHypothesis indica que las características de primera, segunda y sexta línea en s1 coinciden con las características quinta, segunda y cuarta en s2.

debugInfo.MatchHypothesis                                  

ans = 1×6

     5     2     0     0     0     4

La función auxiliar proporcionada traza estos dos escaneos y las características extraídas con etiquetas. s2 se transforma para estar en el mismo cuadro según la estimación inicial de la pose relativa.

exampleHelperShowLineFeaturesInScan(s1, s2, debugInfo, initGuess);

Utilice la pose relativa estimada de matchScansLine para transformar s2. Luego, trace ambos escaneos para mostrar que la diferencia de pose relativa es precisa y los escaneos se superponen para mostrar el mismo entorno.

s2t = transformScan(s2,relPose);
clf
plot(s1)
hold on
plot(s2t)
hold off

Argumentos de entrada

currScan — Lecturas actuales del escaneo LIDAR

objeto lidarScan

Lecturas de escaneo LiDAR actuales, especificadas como un objeto.

Su escaneo LiDAR puede contener valores Inf y NaN, pero el algoritmo los ignora.

refScan — Lecturas de escaneo lidar de referencia

objeto lidarScan

Lecturas de escaneo LiDAR de referencia, especificadas como un objeto lidarScan.

Su escaneo LiDAR puede contener valores Inf y NaN, pero el algoritmo los ignora.

initialRelPose — Suposición inicial de pose relativa

[x y theta]

Estimación inicial de la pose actual relativa al marco de escaneo láser de referencia, especificada como un vector [x y theta]. [x y] es la traslación en metros y theta es la rotación en radianes.

Argumentos de par nombre-valor

Especifique pares de argumentos opcionales como Name1=Value1,...,NameN=ValueN, donde Name es el nombre del argumento y Value es el valor correspondiente. Los argumentos nombre-valor deben aparecer después de los otros argumentos, pero el orden de los pares no importa.

En versiones anteriores a R2021a, use comas para separar cada nombre y valor, y encierre Name entre comillas.

Ejemplo: "LineMergeThreshold",[0.10 0.2]

SmoothnessThreshold — Umbral para detectar puntos de salto de línea en el escaneo

0.1 (predeterminado) | escalar

Umbral para detectar puntos de salto de línea en el escaneo, especificado como escalar. La suavidad se define llamando diff(diff(scanData)) y supone ángulos de escaneo igualmente espaciados. Los puntos de escaneo correspondientes a valores de suavidad superiores a este umbral se consideran puntos de ruptura. Para datos de escaneo LIDAR con un nivel de ruido más alto, aumente este umbral.

MinPointsPerLine — Número mínimo de puntos de escaneo en cada característica de línea

10 (predeterminado) | entero positivo mayor que 3

Número mínimo de puntos de escaneo en cada característica de línea, especificado como un entero positivo mayor que 3.

Una característica de línea no se puede identificar a partir de un conjunto de puntos de escaneo si el número de puntos en ese conjunto está por debajo de este umbral. Cuando los datos del escaneo LIDAR tienen ruido, establecer esta propiedad en un valor demasiado pequeño puede provocar que se identifiquen características de línea de baja calidad y sesgar el resultado coincidente. Por otro lado, es posible que se pierdan algunas características de línea clave si este número se establece demasiado grande.

LineMergeThreshold — Umbral en parámetros de línea para fusionar características de línea

[0.05 0.1] (predeterminado) | vector de dos elementos [rho alpha]

Umbral en los parámetros de línea para fusionar entidades de línea, especificado como un vector de dos elementos [rho alpha]. Una línea está definida por dos parámetros:

• rho –– Distancia desde el origen hasta la línea a lo largo de un vector perpendicular a la línea, especificada en metros.

• alpha –– Ángulo entre el eje x y el vector rho, especificado en radianes.

Si la diferencia entre estos parámetros para dos entidades de línea está por debajo del umbral dado, las entidades de línea se fusionan.

MinCornerProminence — Límite inferior del valor de prominencia para detectar una esquina

0.05 (predeterminado) | escalar positivo

Límite inferior del valor de prominencia para detectar una esquina, especificado como un escalar positivo.

La prominencia mide cuánto se destaca un extremo local en los datos lidar. Sólo los valores superiores a este límite inferior se consideran esquina. Las esquinas ayudan a identificar entidades de línea, pero no forman parte de la entidad en sí. Para datos de escaneo LIDAR ruidosos, aumente este límite inferior.

CompatibilityScale — Escala utilizada para ajustar los umbrales de compatibilidad para la asociación de funciones

0.0005 (predeterminado) | escalar positivo

Escala utilizada para ajustar los umbrales de compatibilidad para la asociación de características, especificada como un escalar positivo. Una escala más baja significa un umbral de compatibilidad más estricto para asociar funciones. Si no se encuentran características en los datos LIDAR con características de línea obvias, aumente este valor. Para coincidencias de características no válidas, reduzca este valor.

Argumentos de salida

relpose — Pose del escaneo actual

[x y theta]

Pose del escaneo actual en relación con el escaneo de referencia, devuelta como [x y theta], donde [x y] es la traslación en metros y theta es la rotación en radianes.

stats — Escanear información coincidente

estructura

Escanee la información coincidente, devuelta como una estructura con los siguientes campos:

• Covariance –– Matriz de 3 por 3 que representa la covarianza de la estimación de la pose relativa. La función matScansLine no proporciona covarianza entre los componentes (x,y) y theta de la pose relativa. Por lo tanto, la matriz sigue el patrón: [Cxx, Cxy 0; Cyx Cyy 0; 0 0 Ctheta].

• ExitFlag –– Valor escalar que indica la condición de salida del solucionador:

  • 0 –– No hay error.

  • 1 –– Se encuentra un número insuficiente de características de línea (< 2) en uno o ambos escaneos. Considere utilizar diferentes escaneos con más características de línea.

  • 2 –– Se identificó un número insuficiente de coincidencias de características de línea. Esto puede indicar que initialRelPose no es válido o que los escaneos están demasiado separados.

debugInfo — Información de depuración para el resultado de coincidencia del escaneo basado en líneas

estructura

Información de depuración para el resultado de coincidencia del escaneo basado en líneas, devuelta como una estructura con los siguientes campos:

• ReferenceFeatures –– Características de línea extraídas del escaneo de referencia como una matriz n por 2. Cada característica de línea se representa como [rho alpha] para la ecuación paramétrica, rho = x ∙cos(alpha) + y ∙sin(alpha).

• ReferenceScanMask –– Máscara que indica qué puntos del escaneo de referencia se utilizan para cada entidad de línea como una matriz n por p. Cada fila corresponde a una fila en ReferenceFeatures y contiene ceros y unos para cada punto en refScan.

• CurrentFeatures –– Características de línea extraídas del escaneo actual como una matriz n por 2. Cada característica de línea se representa como [rho alpha] para la ecuación paramétrica, rho = x ∙cos(alpha) + y ∙sin(alpha).

• CurrentScanMask –– Máscara que indica qué puntos del escaneo actual se utilizan para cada entidad de línea como una matriz n por p. Cada fila corresponde a una fila en ReferenceFeatures y contiene ceros y unos para cada punto en refScan.

• MatchHypothesis –– Hipótesis de mejor coincidencia de características de línea como un vector de elementos n, donde n es el número de características de línea en CurrentFeatures. Cada elemento representa la característica correspondiente en ReferenceFeatures y proporciona el índice de la característica coincidente en ReferenceFeatures es una coincidencia de índice.

• MatchValue –– Valor escalar que indica una puntuación para cada MatchHypothesis. Un valor más bajo se considera una mejor coincidencia. Si dos elementos de MatchHypothesis tienen el mismo índice, se utiliza la característica con una puntuación más baja.

Referencias

[1] Neira, J., and J.d. Tardos. “Data Association in Stochastic Mapping Using the Joint Compatibility Test.” IEEE Transactions on Robotics and Automation 17, no. 6 (2001): 890–97. https://doi.org/10.1109/70.976019.

[2] Shen, Xiaotong, Emilio Frazzoli, Daniela Rus, and Marcelo H. Ang. “Fast Joint Compatibility Branch and Bound for Feature Cloud Matching.” 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2016. https://doi.org/10.1109/iros.2016.7759281.

Historial de versiones

Introducido en R2020a

Consulte también

matchScans | matchScansGrid | lidarSLAM

Temas

• Estimar la pose del robot con escaneo coincidente
• Implementar localización y mapeo simultáneos (SLAM) con escaneos Lidar