Accurate and complete terrain maps enhance the awareness of autonomous robots and enable safe and optimal path planning. Rocks and topography often create occlusions and lead to missing elevation information in the Digital Elevation Map (DEM). Currently, mostly traditional inpainting techniques based on diffusion or patch-matching are used by autonomous mobile robots to fill-in incomplete DEMs. These methods cannot leverage the high-level terrain characteristics and the geometric constraints of line of sight we humans use intuitively to predict occluded areas. We propose to use neural networks to reconstruct the occluded areas in DEMs. We introduce a self-supervised learning approach capable of training on real-world data without a need for ground-truth information. We accomplish this by adding artificial occlusion to the incomplete elevation maps constructed on a real robot by performing ray casting. We first evaluate a supervised learning approach on synthetic data for which we have the full ground-truth available and subsequently move to several real-world datasets. These real-world datasets were recorded during autonomous exploration of both structured and unstructured terrain with a legged robot, and additionally in a planetary scenario on Lunar analogue terrain. We state a significant improvement compared to the Telea and Navier-Stokes baseline methods both on synthetic terrain and for the real-world datasets. Our neural network is able to run in real-time on both CPU and GPU with suitable sampling rates for autonomous ground robots.


翻译:精度和完整的地形图提高了自主机器人的认识,并有利于安全和最佳的道路规划。岩石和地形学常常在数字升降图中产生隐蔽物,导致缺少高地信息。目前,多数传统的基于扩散或补补补的涂漆技术被自主移动机器人用来填充不完整的DEM。这些方法无法利用高水平地形特征和我们人类直觉地预测隐蔽地区的视觉线的几何限制。我们提议使用神经网络来重建DEM中隐蔽的地区。我们引入了一种自我监督的学习方法,能够在不需要地平线信息的情况下对真实世界数据进行培训。我们这样做的方法是通过进行射线铸造,将人工封印加在在真实机器人上绘制的不完整的海拔地图上。我们首先评估对合成数据的监督性学习方法,即我们拥有完全的地平线,随后转移到几个真实世界数据集。这些实体世界数据集是在实时地平线网的自主探索期间,能够对真实世界数据进行自我覆盖的自我覆盖式学习方法,在真实的地平流率和不固定的地平面上,在真实的地平地平地平地平流上进行着一个结构和不固定地平地平流的地面上进行着一个比。我们更近地平地平地平地平地平地平地平地平地平地平地平地平地平地平地平地平地平地平地平地平地平地平地平地平。

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