1.仿生视觉自运动感知地图绘制方法,其特征在于,所述方法包括:
步骤S1,根据仿生视觉感知系统采集的环境信息,构建表征空间位置的情景记忆单元及环境地标模板,并生成对应的情景记忆库;
步骤S2,根据陀螺仪和加速度计采集自运动信息,进行方向和位移编码,更新位姿感知信息;
步骤S3,采用情景记忆库和环境地标模板对自运动信息进行修正;
步骤S4,根据环境地标模板、情景记忆单元及自运动感知的相互联系,对仿生自运动感知地图进行绘制和校正。
2.根据权利要求1所述的仿生视觉自运动感知地图绘制方法,其特征在于:在构建所述情景记忆库的过程中,首先,采用视觉传感器获取环境图像,对环境信息进行处理,得到表征环境位置的情景记忆单元;然后,采用视觉感知和相似性度量的方式来构建环境地标与空间位置信息的情景记忆库,每个情景记忆单元的显著度水平 为:其中,Ii(r)是初始环境识别信息,α是为了确保需要探索的空间环境中有足够的表征环境位置点的记忆单元而引入的参数,经过多次试验可得α=0.5时效果最好,B=0.1是用来判断位置r处的记忆单元是否被激活而设置的常数,即当且仅当某个情景记忆单元接收到的初始环境识别信息输入量在所有位置点最大显著度的10%以内时,情景记忆单元才会在位置r处被激活。
3.根据权利要求1所述的仿生视觉自运动感知地图绘制方法,其特征在于:在所述步骤S2中,构建路径整合模块,利用陀螺仪和加速度计获取角速度调节信号以及特定方向上线速度调节信号,同时建立情景记忆库与路径整合模块的联系,对方向和位移进行编码;在t时刻更新的方向感知单元的优先方向θHD(t)为:其中,N为方向感知单元最优方向的个数(N≥1);δi为第i个方向感知单元方向,δi∈[0,
2π),i=1,2,…N,保证生成的多尺度路径整合模块可以覆盖整个环境的空间方向; 为移动机器人当前移动方向;在t时刻更新的移动机器人沿着θHD(t)方向上的移动速度vθ(t)为:沿上述移动方向进行积分得到位移向量
其中,移动机器人的移动方向 与方向感知单元的优先方向θHD(t)保持一致,γ为速度平衡因子,平衡自运动感知模块的速度变化水平;v(t)为t时刻移动机器人沿着δi方向上的移动速度;随着移动机器人的不断探索,不同方向的条纹波即位移矢量叠加为路径整合提供距离信息,生成多尺度路径整合模块,计算不同位置r处的自运动感知信息为:式中,r=[x,y]为空间环境中移动机器人的当前位置;λ为第i个模块的间距;θ为路径整合模块的运动方向且与方向感知单元θHD(t)保持一致;ri为路径整合模块i的位相;RGC(r,λ,θ,ri)为第i个模块在位置r处的自运动感知信息;i=1,2,…,NGC,NGC为模块的总数;
为沿着不同方向感知单元的优选方向的投影k=1,2,3,θk={-60°,0,60°};通过引入高斯分布函数,利用其局部化滤波特性对自运动感知信息进行处理,得到稳定的模块兴奋区域;
高斯函数表示为:
g(x)=exp[p(x-q)-1],
其中p=0.3,q=-1.5.通过调整RGC(r,λ,θ,ri)中λ、θ和ri可以得到不同间距、方向和位相的路径整合模块,即生成多尺度的自运动感知模块。
4.根据权利要求1所述的仿生视觉自运动感知地图绘制方法,其特征在于:在构建所述环境地标模板过程中,通过视觉传感器在待探索空间环境中选取M个特征显著且稳定的地标信息进行编码,即某一时刻移动机器人在空间中的参考位置可根据移动机器人与不同地标之间的距离关系L以及二维坐标D=[xn,yn]来表示,建立位置坐标与地标之间的映射关系f为:D(xn,yn)→L(L1,L2,L3,…,LM);构建情景记忆单元与地标关系,建立新的地标模板,情景记忆单元与不同地标之间的距离关系表示为:其中,Pn(r)为位置r处第n个地标编码,空间环境中移动机器人的真实位置坐标信息r=[x,y],D=[xn,yn]为第n个参考位置坐标信息,χ2表示情景记忆单元的环境信息显著度调整因子。
5.根据权利要求1所述的仿生视觉自运动感知地图绘制方法,其特征在于:所述步骤3具体包括:采用仿生视觉感知对应的情景记忆库来实现自运动信息的修正,当使用仿生视觉感知的情景记忆库识别失败时,则使用环境地标模板进行自运动信息的修正。
6.根据权利要求1所述的仿生视觉自运动感知地图绘制方法,其特征在于:所述使用环境地标模板进行自运动信息的修正前,将当前地标编码表征的位置估计与真实值位置进行对比,若两者的比值低于预设阈值,则采用环境地标模板对自运动信息进行修正,该修正表示为:其中dij为真实值与估计值的距离估计值,εd为预设阈值,ri(x,y)为第i个情景记忆单元的位置估计值,Lj(x,y)为第j个地标真实位置,ΛRGC为修正后的自运动信息。
7.根据权利要求1所述的仿生视觉自运动感知地图绘制方法,其特征在于:步骤S4中,当前情景记忆单元的显著度水平和当前环境地标模板,共同决定了认知地图构建的各组成要素,其中,关联性连接水平表示为:其中,η为学习速率,RGC为第i个模块在位置r处的自运动感知信息, 为第i个情景记忆单元的显著度水平,Li为第i个地标,wij为环境地标模板、情景记忆单元以及路径整合模块三者之间的连接权值。
8.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于:所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的仿生视觉自运动感知地图绘制方法的步骤。
9.一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于:所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7中任一所述的仿生视觉自运动感知地图绘制方法的步骤。