[發(fā)明專利]一種三維聲吶點云環(huán)境中的移動物體檢測與跟蹤方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611216488.7
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN108241150B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設計）人: 鄧小明;楊碩;袁野;鄭文勇;王宏安
• 申請（專利權）人: 中國科學院軟件研究所
• 主分類號: G01S15/66
• 分類號: G01S15/66;G01S7/52
• 代理公司: 北京君尚知識產(chǎn)權代理有限公司 11200
• 代理人: 余長江

1.一種三維聲吶點云環(huán)境中的移動物體檢測與跟蹤方法，其步驟包括：

1)從三維聲吶設備中獲取原始聲吶數(shù)據(jù)D₀并對其進行過濾，得到過濾后的數(shù)據(jù)D₁；

2)將過濾后的數(shù)據(jù)D₁進行聯(lián)通區(qū)域分析，分割出多個聯(lián)通區(qū)域，其中每個聯(lián)通區(qū)域作為一個候選項C；

3)提取候選項C的特征；

4)對連續(xù)多幀原始聲吶數(shù)據(jù)的每一幀數(shù)據(jù)進行步驟1)至步驟3)的處理，得到候選項集合；

5)在上述候選項集合中進行移動物體的檢測與跟蹤，得到移動物體的運動軌跡；

其中，步驟5)中所述移動物體的檢測方法包括以下步驟：

5-1)在第t幀時刻，分別對每個候選項連續(xù)向前搜索K幀；

5-2)對每個候選項進行最近鄰搜索，將找到最近鄰候選項的候選項進行遞歸向前搜索，直到搜索至前t-k幀時停止，此時得到一條運動軌跡Tr；若沒有最近鄰候選項則停止；

5-3)比較軌跡Tr兩端的候選項位置的歐氏距離，若偏移大于T_min，則軌跡Tr是一個移動物體的軌跡，否則丟棄軌跡Tr，其中T_min是預設閾值；

其中，步驟5-2)中所述最近鄰搜索為：分別計算第t-1幀的每個候選項和第t幀中的候選項的距離得到兩者距離的最小值其中n為第t-1幀的候選項數(shù)目，若則兩者是最近鄰候選項，其中DT_max是預設閾值。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1)中所述原始聲吶數(shù)據(jù)包括點的三維位置和點對聲吶的反射強度，且數(shù)據(jù)格式是維度為(N_points,R₄)的二維矩陣，其中N_points是聲吶所獲取的點的數(shù)量，R₄表示四元素分量(x,y,z,q)，(x,y,z)是每個點的三維位置，q是該點對聲吶的反射強度。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1)中所述過濾是指刪除聲吶反射強度小的點數(shù)據(jù)，保留反射強度大的前百分之X的點數(shù)據(jù)。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中所述聯(lián)通區(qū)域分析的方法步驟為：

2-1)求出所有點的兩兩點間的歐氏距離

2-2)將兩點間距離d(i,j)T_CC的兩點數(shù)據(jù)聯(lián)通，其中T_CC是最小聯(lián)通距離閾值；

2-3)所有聯(lián)通的點為一個聯(lián)通區(qū)域。

5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)中所述候選項C的特征包括位置L、平均強度Q、點的個數(shù)N；所述位置是指所有點的質(zhì)心位置；所述平均強度是指所有點反射強度的均值。

6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，距離度量不僅要考慮兩個候選項的歐氏距離，也要考慮兩者間的平均強度之差，即其中為步驟2-1)中所述的歐氏距離，是兩個候選項的平均強度之差，和分別為和的平均強度，||*||₂表示二范數(shù)，此處用來做歸一化項。

7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5)中所述移動物體的跟蹤方法包括以下步驟：

5-4)在第t幀，若有聯(lián)通區(qū)域在運動軌跡Tr的末端，則對第t+1幀的所有候選項進行5-2)中所述的最近鄰搜索，將找到的的最近鄰候選項加入軌跡Tr的末端；

5-5)對第t+1幀所有沒有加入任何軌跡的候選項，按照上述移動物體的檢測方法對其進行檢測，以檢測新的移動物體。

8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，當發(fā)生多物體軌跡交叉時，對得到的物體的運動軌跡進行基于圖方法的分析矯正，所述基于圖方法的分析矯正是指t-1幀所有軌跡的候選項與t幀所有軌跡的候選項組成二部圖G，將兩兩候選項的相似度作為二部圖邊的權重，利用整數(shù)優(yōu)化求解二部圖匹配問題，具體數(shù)學表達如下：

其中f_ij為二值變量，表示tr_i(t-1)是否與tr_j(t)連接，c_ij表示兩個節(jié)點的相似度度量，p_i與q_j為松弛變量，允許部分節(jié)點為離群點，不參與匹配。