[發(fā)明專(zhuān)利]基于激光雷達(dá)的三維點(diǎn)云重建方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910498317.5
• 申請(qǐng)日: 2019-06-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110223379A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于興虎;孟令波
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 于興虎
• 主分類(lèi)號(hào): G06T17/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T17/00;G06T19/20;G06T7/13;G01S17/89
• 代理公司: 廣州市紅荔專(zhuān)利代理有限公司 44214
• 代理人: 吳偉文

1.一種基于激光雷達(dá)的三維點(diǎn)云重建方法，其特征在于，包括以下步驟：數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理、特征提取、特征匹配、運(yùn)動(dòng)估計(jì)和點(diǎn)云融合；所述數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理部分使用激光雷達(dá)采集環(huán)境的點(diǎn)云信息；所述特征提取部分提取點(diǎn)云的結(jié)構(gòu)特征點(diǎn)，然后對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行篩選，剔除存在問(wèn)題的特征點(diǎn)；所述特征匹配部分匹配當(dāng)前掃描的特征點(diǎn)與前一次掃描的對(duì)應(yīng)，建立特征點(diǎn)之間的約束關(guān)系；所述運(yùn)動(dòng)估計(jì)部分通過(guò)最優(yōu)化方法迭代求解相鄰兩次掃描之間的位姿變換；所述的點(diǎn)云融合部分使用運(yùn)動(dòng)估計(jì)得到的位姿變換關(guān)系，將當(dāng)前掃描的局部點(diǎn)云與已有的全局點(diǎn)云地圖進(jìn)行匹配，進(jìn)一步優(yōu)化得到更精確的位姿變換關(guān)系，同時(shí)將局部點(diǎn)云注冊(cè)到全局地圖中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)建圖。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光雷達(dá)的三維點(diǎn)云重建方法，其特征在于，所述的特征提取部分的具體步驟如下：

(1)利用曲率計(jì)算公式，計(jì)算一次掃描的各點(diǎn)處曲率；

(2)將一次掃描分成4個(gè)完全相同的子區(qū)域，限定每一個(gè)子區(qū)域可以提供最多2個(gè)邊緣點(diǎn)和4個(gè)平面點(diǎn)；

(3)剔除那些位于與激光光束夾角小于一定閾值的局部平面上的點(diǎn)；

(4)剔除那些位于被遮擋區(qū)域邊界上的點(diǎn)；

(5)在每一個(gè)子區(qū)域按照曲率大小對(duì)點(diǎn)集進(jìn)行排序；

(6)在每一個(gè)子區(qū)域，按照上一步的排序結(jié)果選擇曲率極大的點(diǎn)為邊緣點(diǎn)，選擇曲率極小的點(diǎn)為平面點(diǎn)，并將該特征點(diǎn)及其自然相鄰的左右5個(gè)點(diǎn)從排序中剔除；

(7)驗(yàn)證每個(gè)子區(qū)域是否已選擇了2個(gè)邊緣點(diǎn)和4個(gè)平面點(diǎn)，若有，結(jié)束迭代，若沒(méi)有則返回上一步驟。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于激光雷達(dá)的三維點(diǎn)云重建方法，其特征在于，所述的特征匹配部分的具體步驟如下：

(1)設(shè)t_k為第k次掃略的起始時(shí)間，在每一次掃略結(jié)束時(shí)，利用該次掃略的位姿估計(jì)將該掃略過(guò)程中感知到的點(diǎn)云P_k投影到時(shí)間戮t_k+1，并表示為

(2)尋找與P_k+1的特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)：使用前述的特征提取方法從該激光點(diǎn)云P_k+1中提取出邊緣特征點(diǎn)集和平面特征點(diǎn)集，分別設(shè)為E_k+1和F_k+1，然后，從中尋找邊緣線(xiàn)作為E_k+1中邊緣點(diǎn)的對(duì)應(yīng)，尋找平面塊作為F_k+1中平面點(diǎn)的對(duì)應(yīng)；

(3)在每一次迭代中，使用當(dāng)前估計(jì)的位姿變換將P_k+1中的邊緣點(diǎn)集E_k+1和平面點(diǎn)集F_k+1再投影到掃略開(kāi)始時(shí)刻，分別設(shè)為和

(4)將存儲(chǔ)于一個(gè)3D kd-tree中，用來(lái)快速搜索其最近鄰點(diǎn)；

(5)在特征點(diǎn)的對(duì)應(yīng)找到之后，推導(dǎo)計(jì)算從一個(gè)特征點(diǎn)到其對(duì)應(yīng)的距離公式。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于激光雷達(dá)的三維點(diǎn)云重建方法，其特征在于，所述的特征匹配部分的步驟2中，尋找與P_k+1的特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的具體方法為：

(1)尋找邊緣線(xiàn)作為邊緣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的方法為：對(duì)于中的每一個(gè)點(diǎn)，在中尋找其對(duì)應(yīng)邊緣線(xiàn)上的最近兩點(diǎn)，設(shè)i為中一點(diǎn)，設(shè)j是i在中的最近鄰點(diǎn)，設(shè)l為j所在的掃描的兩個(gè)相鄰掃描中i點(diǎn)的最近鄰點(diǎn)，(j,l)形成了特征點(diǎn)i的對(duì)應(yīng)，基于前述的曲率計(jì)算公式檢查局部表面的平滑性，驗(yàn)證j和l均為邊緣點(diǎn)；

(2)尋找平面塊作為平面點(diǎn)對(duì)應(yīng)的方法為：對(duì)于中的每一個(gè)點(diǎn)，在中尋找其對(duì)應(yīng)平面塊上的最近三點(diǎn)，設(shè)i為中一點(diǎn)，在中尋找點(diǎn)i的最近鄰點(diǎn)j，在j的同一掃描平面中尋找到點(diǎn)i的第二最近鄰點(diǎn)l，在j所在掃描的相鄰兩個(gè)掃描中尋找點(diǎn)i的最近鄰點(diǎn)m，基于前述的曲率計(jì)算公式檢查局部表面的平滑性，驗(yàn)證j，l，m三點(diǎn)都是平面點(diǎn)。