[發明專利]一種多期道路三維激光點云精確配準方法

有效

• 申請號: 201911341604.1
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN111127530B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 劉如飛;盧秀山;邢愷強;馬新江;楊雷;楊凱;楊繼奔;王飛
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33;G06T7/10
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡

1.一種多期道路三維激光點云精確配準方法，其特征在于，具體包含以下步驟：

第一步；獲取監測道路多期點云數據，選取任意兩期原始點云數據，對原始點云數據進行等間距分段處理，生成多段點云數據；

第二步：對每個分段點云數據進行垂直于行駛車道方向的偏移糾正，具體包括以下步驟：

2.1：針對各個單段數據，先選取兩期同名路面標線點云，根據單條掃描線上點云強度值在地面點與標線點之間的突變特征，利用Sigmoid數學函數模型求取含有標線點云的單掃描線上標線與地面點之間的突變點并作為標線邊界點；

2.2：根據求取的標線邊界點，計算標線的各中線點，并利用最小二乘法擬合直線作為標線中線，對兩期同名標線均求取標線中線，根據標線中線求取兩期標線在垂直于道路行駛方向上的偏移；

第三步：對每個分段點云數據進行行駛車道方向的偏移糾正；具體包括以下步驟：

3.1：交互選取兩期道路兩側的多處同名獨立地物數據作為配準基元:

3.2：利用ICP算法，對兩期數據道路兩側的多處同名獨立地物分別進行配準，計算x，y方向的偏移量t_xi、t_yi，并計算平均值

3.3：根據計算出的多組同名獨立地物的x，y方向的偏移量分別計算中誤差并將在范圍內的偏移量重新計算平均值，作為第二次糾正配準偏移量；

3.4：將待配準點云向x，y方向進行平移，完成第二次糾正；

第四步：對每個分段點云數據進行高程糾正，最終得到兩期數據的完整配準結果；

第五步：另選取兩期原始點云數據，重復步驟一到步驟四，以此類推，得到多期數據的完整配準結果。

2.如權利要求1所述的多期道路三維激光點云精確配準方法，其特征在于，步驟2.1包括以下子步驟：

2.1.1：設定距離大小，對待配準點云數據與模板點云數據進行數據分割；

2.1.2：人工交互均勻選取兩期點云數據的多條同名標線；

2.1.3：選取一條同名標線，根據含有標線點云的掃描線上點云強度值在地面點與標線點之間的突變特征，利用Sigmoid函數模型計算兩期標線各掃描線上標線邊界點，函數模型為：

其中，S(x)為各標線邊界點所對應的強度值；

x為各標線邊界點的x，y坐標值，以此計算出各標線邊界點為-b₂；

公式中的b₁、b₃、b₄分別表示該公式的各個系數，其中b₁表示該函數曲線在x軸上的伸縮尺度因子，b₃表示該函數曲線在y軸上的伸縮尺度因子，b₄表示該函數曲線相對于原點(0,0)在y軸上的平移量；e為數學名詞自然系數。

3.如權利要求1所述的多期道路三維激光點云精確配準方法，其特征在于，步驟2.2包括以下子步驟：

2.2.1：根據計算得到的各個標線邊界點，計算各標線中心點；

2.2.2：利用各標線中心點，根據最小二乘擬合法擬合標線中線：

式中x，y為參與計算的各標線中心點坐標，i為參與計算的坐標底標，n為參與計算的坐標數量，為擬合的中線斜率，為擬合的中線截距；

2.2.3：根據點到直線的距離公式，計算各同名標線中線間的間距，并計算各對同名標線中待配準標線相較于原始標線在x，y方向的偏移量；

式中k和d分別代表一對同名標線中原始標線的中線所在直線方程的斜率和截距，x、y為待配準點云標線中線上點的三維坐標；

2.2.4：對選取的各同名標線均做上述2.2.1-2.2.3步計算，計算各同名標線平移量的平均值，將待配準點云向x，y方向進行平移，完成第一次糾正。

4.如權利要求1所述的多期道路三維激光點云精確配準方法，其特征在于，步驟四具體包括以下步驟：

4.1：對數據分割后的兩期數據，利用路面濾波算法獲取地面點云數據，對兩期同名路面點云數據建立統一格網索引，具體方法是：

4.1.1：獲取兩期路面點云平面投影的共同最小外接矩形，即：xmin、ymin、xmax、ymax；

4.1.2：設置一定格網步長，對兩期數據劃分格網：

ID＝(RID-1)×Col+CID

式中：ID為格網的索引編號，Row、Col為格網的行數和列數，RID、CID為行列號，x_i、y_i分別為點云的坐標，StepX和StepY分別為格網的長度和寬度；

4.2：對兩期路面點云數據中的每個格網，利用主成分分析算法(PCA)算法，計算每個格網點云的法向量；再計算兩期路面點云數據每個格網點云的法向量與點云z軸的法向量(0,0,1)的夾角θ大小：

4.3：對兩期路面點云數據分別進行統計分析并確定不變區域，具體如下：

4.3.1：設定相同的夾角區間步長，統計各個區間內對應的格網個數和對應的ID號；

4.3.2：統計分析格網數最多的區間的上下限，并以此區間作為標準區間，該標準區間內的點云區域視為兩期數據中的穩定區域，即沒有發生嚴重形變的區域，記錄該區間內格網對應的ID號；

4.4：統計兩期同名地面數據的共同格網ID號，格網在同一標準下劃分，則必然會出現重疊的格網ID，分別計算兩期同名地面數據共同格網內點云的平均高程，根據平均高程的差值計算兩期數據的高程偏差，并進行最終糾正。