[發明專利]一種基于映射圖的LiDAR數據隨機采樣及重構方法

有效

• 申請號: 202010092005.7
• 申請日: 2020-02-14
• 公開（公告）號: CN111311752B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 陳建;陳志峰;楊秀芝;陳元相
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06T3/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

1.一種基于映射圖的LiDAR數據隨機采樣及重構方法，其特征在于，包括采樣過程和重構過程，具體如下：

采樣過程包括如下步驟：

步驟A1：解析原始的LiDAR數據包，分離出包括俯仰角ω、偏航角α、時間戳t、距離R和反射強度I的相關信息；

步驟A2：隨機捕獲距離和反射強度，保留對應的俯仰角索引ω_ind、偏航角索引α_ind和時間索引值t_ind，并提取俯仰角、偏航角及時間參數；

重構過程包括以下步驟：

步驟B1：根據所捕獲的俯仰角索引、偏航角索引和時間索引對應的距離和反射強度，利用基于梯度稀疏性和小波稀疏性的交替方向乘子法(ADMM)求解每幀的距離映射圖(RangeMap)和反射強度映射圖(Intensity Map)；同時，根據俯仰角、偏航角信息和時間參數，恢復出不同時間索引下的俯仰角和偏航角的數值；

步驟B2：將極坐標系下的俯仰角ω、偏航角α和距離R的重構值變換到空間坐標系下，得到不同時間索引下的xyz坐標，并將xyz及對應的反射強度I的重構值矢量化得到三維點云幀；

所述步驟A2中隨機捕獲距離和反射強度，即b_R＝PR和b_I＝PI，其中P為隨機采樣操作，并保留對應的俯仰角索引ω_ind、偏航角索引α_ind和時間索引值t_ind；將距離或反射強度映射圖(Map)定義為三維映射圖，該三維映射圖的縱坐標是俯仰角編號，橫坐標是偏航角編號，時間軸是時間編號，內容是距離或反射強度，隨機捕獲相當于取映射圖上部分三維坐標點(ω_ind,α_ind,t_ind)對應的R和I。

2.根據權利要求1所述的一種基于映射圖的LiDAR數據隨機采樣及重構方法，其特征在于，所述步驟B1中利用基于三維映射圖的梯度和小波稀疏性，通過交替地逼近采樣數據的精確性，最小化梯度和小波系數的范數的交替方向乘子法(ADMM)求解三維的距離映射圖(Range Map)和反射強度映射圖(Intensity Map)；映射圖的重構過程即求解如下的凸優化問題：

其中，d為待求距離或反射強度，P為隨機采樣操作，b為采樣值，||d||_TV＝||Dd||₂表示d的TV范數，這里取梯度系數的2范數，||d||_DWT＝||Ψd||₁表示d的小波系數的1范數，D表示梯度算子，Ψ為小波變換基，為重構數據，α、β和γ是關于梯度域和小波域稀疏性，以及采樣精度的權重因子。

3.根據權利要求1所述的一種基于映射圖的LiDAR數據隨機采樣及重構方法，其特征在于，所述步驟B2中利用坐標轉換公式x＝Rcosωcosα，y＝Rcosωsinα，z＝Rsinα，將極坐標系下的俯仰角ω、偏航角α和距離R變換到空間坐標系下，得到不同時間索引下的xyz坐標，并將xyz及對應的反射強度重構值矢量化得到三維點云幀。