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occupancyMap

Crear mapa de ocupación 2-D

Desde R2019b

Descripción

occupancyMap crea un objeto de mapa de cuadrícula de ocupación 2-D. Cada celda de la cuadrícula de ocupación tiene un valor que representa la probabilidad de ocupación de la celda. Los valores cercanos a 1 representan una alta probabilidad de que la celda contenga un obstáculo. Valores cercanos a 0 representan una alta probabilidad de que la celda no esté ocupada y libre de obstáculos.

Los mapas de ocupación se utilizan en algoritmos de navegación como la planificación de rutas (ver plannerRRT). También se utilizan en aplicaciones de mapeo para encontrar rutas libres de colisiones, evitar colisiones y calcular la localización (ver monteCarloLocalization). Puede modificar su mapa de ocupación para adaptarlo a su aplicación específica.

Los objetos occupancyMap admiten coordenadas locales, coordenadas mundiales e índices de cuadrícula. La primera ubicación de la cuadrícula con índice (1,1) comienza en la esquina superior izquierda de la cuadrícula.

Utilice la clase occupancyMap para crear mapas 2-D de un entorno con valores de probabilidad que representen diferentes obstáculos en su mundo. Puede especificar valores de probabilidad exactos de las células o incluir observaciones de sensores como escáneres láser.

Los valores de probabilidad se almacenan utilizando un filtro Bayes binario para estimar la ocupación de cada celda de la cuadrícula. Se utiliza una representación de probabilidades de registro, con valores almacenados como int16 para reducir el tamaño de almacenamiento del mapa y permitir aplicaciones en tiempo real.

Creación

Sintaxis

map = occupancyMap(width,height)

map = occupancyMap(width,height,resolution)

map = occupancyMap(rows,cols,resolution,'grid')

map = occupancyMap(p)

map = occupancyMap(p,resolution)

map = occupancyMap(sourcemap)

map = occupancyMap(sourcemap,resolution)

Descripción

map = occupancyMap(width,height) crea un objeto de mapa de ocupación 2-D que representa un espacio mundial de width y height en metros. La resolución de cuadrícula predeterminada es 1 celda por metro.

map = occupancyMap(width,height,resolution) crea un mapa de ocupación con una resolución de cuadrícula especificada en celdas por metro. resolution establece la propiedad Resolution .

map = occupancyMap(rows,cols,resolution,'grid') crea un mapa de ocupación con el número especificado de filas y columnas y con la resolución en celdas por metro. Los valores de rows y cols establecen la propiedad GridSize .

map = occupancyMap(p) crea un mapa de ocupación a partir de los valores de la matriz p. El tamaño de la cuadrícula coincide con el tamaño de la matriz, y el valor de probabilidad de cada celda se interpreta a partir de la ubicación de la matriz.

map = occupancyMap(p,resolution) crea un mapa de ocupación a partir de la matriz especificada y la resolución en celdas por metro.

map = occupancyMap(sourcemap) crea un objeto usando valores de otro objeto occupancyMap .

map = occupancyMap(sourcemap,resolution) crea un objeto usando valores de otro objeto occupancyMap , pero vuelve a muestrear la matriz para tener la resolución especificada.

Argumentos de entrada

width — Ancho del mapa

escalar

Ancho del mapa, especificado como escalar en metros.

height — Altura del mapa

escalar

Altura del mapa, especificada como escalar en metros.

resolution — Resolución de cuadrícula

1 (predeterminado) | escalar

Resolución de cuadrícula, especificada como escalar en celdas por metro.

rows — Número de filas en la cuadrícula

entero escalar positivo

Número de filas de la cuadrícula, especificadas como un entero escalar positivo.

cols — Número de columnas en la cuadrícula

entero escalar positivo

Número de columnas de la cuadrícula, especificadas como un entero escalar positivo.

p — Cuadrícula de ocupación de entrada

matriz de valores de probabilidad de 0 a 1

Cuadrícula de ocupación de entrada, especificada como una matriz de valores de probabilidad de 0 a 1. El tamaño de la cuadrícula coincide con el tamaño de la matriz. Cada elemento de la matriz corresponde a la probabilidad de que la ubicación de la celda de la cuadrícula esté ocupada. Los valores cercanos a 1 representan una alta certeza de que la celda contiene un obstáculo. Valores cercanos a 0 representan certeza de que la celda no está ocupada y libre de obstáculos.

sourcemap — Objeto de mapa de ocupación

occupancyMap objeto

Objeto de mapa de ocupación, especificado como un objeto occupancyMap .

Propiedades

FreeThreshold — Umbral por debajo del cual las células se consideran libres de obstáculos

escalar entre 0 y 1

Umbral por debajo del cual las celdas se consideran libres de obstáculos, especificado como un escalar entre 0 y 1 inclusive. Las celdas con valores de probabilidad por debajo de este umbral se consideran libres de obstáculos. Esta propiedad también define las ubicaciones libres para la planificación de rutas cuando se utilizan objetos como plannerRRT.

Tipos de datos: double

OccupiedThreshold — Umbral por encima del cual las celdas se consideran ocupadas

escalar

Umbral por encima del cual las celdas se consideran ocupadas, especificado como escalar. Las celdas con valores de probabilidad superiores a este umbral se consideran ocupadas.

Tipos de datos: double

ProbabilitySaturation — Límites de saturación de probabilidad.

[0.001 0.999] (predeterminado) | vector de valor real de dos elementos

Límites de saturación para la probabilidad, especificados como un vector de valor real de 1 por 2 de la forma [min max]. Los valores de probabilidad por debajo del valor min se saturarán a min y los valores de probabilidad por encima del max se saturarán a max. Esta propiedad reduce la sobresaturación de las células cuando se incorporan múltiples observaciones.

Tipos de datos: double

GridSize — Número de filas y columnas en la cuadrícula

vector de dos elementos con valores enteros

Esta propiedad o parámetro es de solo lectura.

Número de filas y columnas de la cuadrícula, almacenado como un vector de valor real de 1 por 2 que representa el número de filas y columnas, en ese orden.

Tipos de datos: double

Resolution — Resolución de cuadrícula

1 (predeterminado) | escalar

Esta propiedad o parámetro es de solo lectura.

Resolución de la cuadrícula, almacenada como un escalar en celdas por metro que representa el número y el tamaño de las ubicaciones de la cuadrícula.

Tipos de datos: double

XLocalLimits — Valores mínimos y máximos de x-coordenadas en marco local

vector de dos elementos

Esta propiedad o parámetro es de solo lectura.

Valores mínimos y máximos de x-coordenadas en el marco local, almacenados como un vector horizontal de dos elementos de la forma [min max]. El marco local está definido por la propiedad LocalOriginInWorld .

Tipos de datos: double

YLocalLimits — Valores mínimos y máximos de y-coordenadas en marco local

vector de dos elementos

Esta propiedad o parámetro es de solo lectura.

Valores mínimos y máximos de y-coordenadas en el marco local, almacenados como un vector horizontal de dos elementos de la forma [min max]. El marco local está definido por la propiedad LocalOriginInWorld .

Tipos de datos: double

XWorldLimits — Valores de rango mundial mínimo y máximo de x-coordenadas

vector de dos elementos

Esta propiedad o parámetro es de solo lectura.

Valores de rango mundial mínimo y máximo de x-coordenadas, almacenados como un vector de 1 por 2 que representa los valores mínimo y máximo, en ese orden.

Tipos de datos: double

YWorldLimits — Valores de rango mundial mínimo y máximo de y-coordenadas

vector de dos elementos

Esta propiedad o parámetro es de solo lectura.

Valores de rango mundial mínimo y máximo de y-coordenadas, almacenados como un vector de 1 por 2 que representa los valores mínimo y máximo, en ese orden.

Tipos de datos: double

GridLocationInWorld — [x y] coordenadas mundiales de la cuadrícula

[0 0] (predeterminado) | vector de dos elementos

[x, y] coordenadas mundiales de la esquina inferior izquierda de la cuadrícula, especificadas como un vector de 1 por 2.

Tipos de datos: double

LocalOriginInWorld — Ubicación del marco local en coordenadas mundiales.

[0 0] (predeterminado) | vector de dos elementos | [xWorld yWorld]

Ubicación del origen del marco local en coordenadas mundiales, especificada como un vector de dos elementos, [xLocal yLocal]. Utilice la función move para cambiar el marco local a medida que su vehículo se mueve.

Tipos de datos: double

GridOriginInLocal — Ubicación de la grilla en coordenadas locales.

[0 0] (predeterminado) | vector de dos elementos | [xLocal yLocal]

Ubicación de la esquina inferior izquierda de la cuadrícula en coordenadas locales, especificada como un vector de dos elementos, [xLocal yLocal].

Tipos de datos: double

DefaultValue — Valor predeterminado para ubicaciones de mapas no especificadas

0.5 (predeterminado) | escalar entre 0 y 1

Valor predeterminado para ubicaciones de mapa no especificadas, incluidas áreas fuera del mapa, especificadas como un escalar entre 0 y 1 inclusive.

Tipos de datos: double

Funciones del objeto

checkOccupancy	Consultar si las localidades están libres u ocupadas
copy	Crear copia del mapa de ocupación 2-D
getOccupancy	Obtener probabilidad de ocupación de ubicaciones
grid2local	Convertir los índices de la cuadrícula en coordenadas locales
grid2world	Convertir los índices de la cuadrícula en coordenadas del mundo real
inflate	Agrandar cada ubicación ocupada
insertRay	Insertar rayo de observación con escaneo láser.
local2grid	Convertir coordenadas locales a índices de cuadrícula
move	Mover mapa en el marco mundial
occupancyMatrix	Convertir mapa de ocupación a matriz
raycast	Calcular índices de celdas a lo largo de un rayo.
rayIntersection	Encuentra puntos de intersección de rayos y celdas de mapa ocupadas.
setOccupancy	Establecer probabilidad de ocupación de ubicaciones
show	Mostrar mapa de ocupación 2-D
syncWith	Sincronizar mapa con mapa superpuesto
updateOccupancy	Actualizar probabilidad de ocupación en ubicaciones
world2grid	Convertir coordenadas mundiales a índices de cuadrícula
world2local	Convertir coordenadas mundiales a coordenadas locales

Ejemplos

Insertar escaneos láser en el mapa de ocupación

Cree un mapa de cuadrícula de ocupación vacío.

map = occupancyMap(10,10,20);

Especifique la pose del vehículo, los alcances, los ángulos y el alcance máximo del escaneo láser.

pose = [5,5,0];
ranges = 3*ones(100,1);
angles = linspace(-pi/2,pi/2,100);
maxrange = 20;

Cree un objeto lidarScan con los rangos y ángulos especificados.

scan = lidarScan(ranges,angles);

Inserte los datos del escaneo láser en el mapa de ocupación.

insertRay(map,pose,scan,maxrange);

Muestre el mapa para ver los resultados de insertar el escaneo láser.

show(map)

Verifique la ocupación del lugar directamente frente al vehículo.

getOccupancy(map,[8 5])

ans = 0.7000

Agregue una segunda lectura y vea la actualización de los valores de ocupación. La lectura adicional aumenta la confianza en las lecturas. Los valores libres y ocupados se vuelven más distintos.

insertRay(map,pose,scan,maxrange);
show(map)

getOccupancy(map,[8 5])

ans = 0.8448

Convertir imagen PGM en mapa

Convierta un archivo de mapa de grises portátil (PGM) que contenga un mapa ROS en un occupancyMap para usar en MATLAB.

Importe la imagen usando imread. Recorta la imagen en el área del parque.

image = imread('playpen_map.pgm');
imageCropped = image(750:1250,750:1250);
imshow(imageCropped)

Los valores de PGM se expresan de 0 a 255 como uint8. Normalice estos valores convirtiendo la imagen recortada a double y dividiendo cada celda por 255. Esta imagen muestra los obstáculos con valores cercanos a 0. Resta la imagen normalizada de 1 para obtener valores de ocupación, donde 1 representa el espacio ocupado.

imageNorm = double(imageCropped)/255;
imageOccupancy = 1 - imageNorm;

Cree el objeto occupancyMap usando una imagen de mapa ajustada. La resolución del mapa importado es de 20 celdas por metro.

map = occupancyMap(imageOccupancy,20);
show(map)

Limitaciones

Los valores de ocupación tienen una resolución limitada de ±0,001. Los valores se almacenan como int16 usando una representación de probabilidades logarítmicas. Este tipo de datos limita la resolución, pero ahorra memoria al almacenar mapas grandes en MATLAB^®. Al llamar a setOccupancy y luego a getOccupancy, es posible que el valor devuelto no sea igual al valor que estableció. Para obtener más información, consulte la sección de representaciones de probabilidades logarítmicas en Cuadrículas de ocupación.

Si el tamaño de la memoria es una limitación, considere usar binaryOccupancyMap en su lugar. El mapa de ocupación binaria utiliza menos memoria con valores binarios, pero aún funciona con algoritmos Navigation Toolbox™ y otras aplicaciones.

Capacidades ampliadas

Generación de código C/C++

Genere código C y C++ mediante MATLAB® Coder™.

A partir de MATLAB R2022a, el comportamiento del mapa predeterminado durante la generación de código ha cambiado, lo que puede provocar problemas de compatibilidad con versiones anteriores. Mapas como occupancyMap ahora admiten la generación de código de tamaño fijo (DynamicMemoryAllocation="off").

1. Los mapas que se construyen de forma predeterminada o con información de tamaño constante en tiempo de compilación (o matrices que tienen un tamaño constante en tiempo de compilación) producen mapas de tamaño fijo.

2. Para restaurar el comportamiento anterior, utilice la función coder.ignoreConst (MATLAB Coder) al especificar entradas de tamaño, o el nombre de la variable de matriz coder.varsize (MATLAB Coder) especificado como una cadena escalar o un vector de caracteres, antes de construir el mapa. .

Historial de versiones

Introducido en R2019b

Consulte también

binaryOccupancyMap | mobileRobotPRM (Robotics System Toolbox) | controllerPurePursuit (Robotics System Toolbox) | rosReadOccupancyGrid (ROS Toolbox) | rosWriteOccupancyGrid (ROS Toolbox)

Temas

• Cree mapas de ocupación egocéntricos utilizando sensores de distancia
• Cree un mapa de ocupación a partir de poses y escaneos Lidar
• Cuadrículas de ocupación