[發(fā)明專利]一種基于激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的智能水下目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110023522.3
• 申請(qǐng)日: 2021-01-08
• 公開（公告）號(hào): CN112949380B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉興高;劉昭然;王文海;張志猛;張澤銀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06V20/05
• 分類號(hào): G06V20/05;G06V10/26;G06V10/40;G06V10/764;G06V10/82;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08;G01S17/88
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種基于激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的智能水下目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)，所述識(shí)別系統(tǒng)包括激光雷達(dá)，數(shù)據(jù)庫(kù)以及上位機(jī)，所述激光雷達(dá)、數(shù)據(jù)庫(kù)和上位機(jī)依次相連；其特征在于：激光雷達(dá)掃描需要識(shí)別的水下物體得到激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后數(shù)據(jù)庫(kù)將得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)供上位機(jī)使用，所述上位機(jī)包括依次相連的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、云素編碼模塊、模型訓(xùn)練模塊、模型更新模塊、結(jié)果顯示模塊；其中，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；云素編碼模塊對(duì)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，得到輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三維張量；模型訓(xùn)練模塊利用云素編碼模塊編碼后得到的云素表示的訓(xùn)練樣本集訓(xùn)練三維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；模型更新模塊評(píng)估模型訓(xùn)練模塊得到的三維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的效果；結(jié)果顯示模塊將目標(biāo)識(shí)別的結(jié)果在上位機(jī)進(jìn)行顯示；所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，采用如下過(guò)程完成：

(3.1)數(shù)據(jù)庫(kù)中采集N個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)得到訓(xùn)練樣本集：

I_train＝{D₁,D₂,···,D_N}

D_i＝{P_i,O_i}

其中，D_i為每個(gè)用于訓(xùn)練的樣本，P_i為第i個(gè)輸入的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，O_i為第i個(gè)訓(xùn)練樣本的輸出，代表被識(shí)別物體的種類；

(3.2)對(duì)于訓(xùn)練樣本集中的每個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何歸一化處理，幾何歸一化按如下步驟進(jìn)行：

(3.2.1)取出該點(diǎn)云數(shù)據(jù)中分別在X，Y，Z方向上數(shù)值最小的坐標(biāo)值x_min，y_min，z_min和數(shù)值最大的坐標(biāo)值x_max，y_max，z_max；

(3.2.2)將(x_min,y_min,z_min)作為新的坐標(biāo)原點(diǎn)，在X，Y，Z方向上分別取邊長(zhǎng)

H_X＝(x_max-x_min)，H_Y＝(y_max-y_min)，H_Z＝(z_max-z_min)

得到一個(gè)將點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的點(diǎn)全部包圍的點(diǎn)云長(zhǎng)方體V；

(3.2.3)通過(guò)下式得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)中各點(diǎn)的新坐標(biāo)值：

x'＝x-x_min,y'＝y(tǒng)-y_min,z'＝z-z_min

(x',y',z')即為得到的經(jīng)過(guò)預(yù)處理模塊預(yù)處理的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的新坐標(biāo)值；

云素編碼模塊，用于對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，得到輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三維張量，采用如下過(guò)程完成：

(3.3)對(duì)于步驟(3.2)中得到的包圍點(diǎn)云數(shù)據(jù)的長(zhǎng)方體V，將其在X，Y，Z方向上，分別按

的間距分割，H_X，H_Y，H_Z為長(zhǎng)方體V分別在X，Y，Z方向上的邊長(zhǎng)，即將長(zhǎng)方體V分割成H³個(gè)小長(zhǎng)方體，每個(gè)小長(zhǎng)方體稱為一個(gè)云塊；

(3.4)對(duì)每個(gè)云塊進(jìn)行編碼，編碼過(guò)程按如下步驟進(jìn)行：

(3.4.1)對(duì)于每個(gè)云塊，計(jì)算其中各點(diǎn)在X，Y，Z方向上的坐標(biāo)均值：

其中μ_X、μ_Y、μ_Z分別為各點(diǎn)在X、Y、Z方向上的坐標(biāo)均值，x'_j、y'_j、z'_j分別為在X、Y、Z方向上經(jīng)過(guò)預(yù)處理模塊預(yù)處理的新坐標(biāo)值，T為各云塊中的點(diǎn)數(shù)，然后將(μ_X,μ_Y,μ_Z)作為塊心；

(3.4.2)對(duì)于每個(gè)云塊進(jìn)行采樣，取距離質(zhì)心最近的T'個(gè)點(diǎn)，若云塊內(nèi)不足T'個(gè)點(diǎn)則取全部點(diǎn)，計(jì)算各點(diǎn)到塊心的歐幾里得距離：

將各點(diǎn)到塊心的歐幾里得距離求和：

其中，ρ_j為塊內(nèi)第j個(gè)點(diǎn)到塊心的歐幾里得距離，C_i稱為第i個(gè)云塊的云素，C_i的大小為第i個(gè)云塊的云素值，每個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)化成由H³個(gè)云素表示三維張量，得到將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成云素表示的訓(xùn)練樣本集。