[發(fā)明專利]一種基于運動方向變化的候選種子的點云單目標(biāo)跟蹤方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110471464.0
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113177969B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張秋雨;孟浩;張智;張雯;王立鵬;蘇麗;何旭杰;李偉
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06T7/73;G06T7/66;G06V10/74;G06V10/82;G06N3/08
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1.一種基于運動方向變化的候選種子的點云單目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于，包括訓(xùn)練部分和測試部分，訓(xùn)練部分包括以下步驟：

步驟1.1：對激光雷達上獲取的點云數(shù)據(jù)預(yù)處理：對所有片段的目標(biāo)點云中心點進行居中對齊，并且裁剪成為一個模板點云，并保證所裁剪的目標(biāo)點云點數(shù)N固定，得到該目標(biāo)的模板點云X；

步驟1.2：對每一幀跟蹤目標(biāo)點云進行高斯采樣，高斯采樣以目標(biāo)點云的中心為原點，得到m個關(guān)于位置的偏置(Δx,Δy,Δz)，將位置的偏置附加到該幀跟蹤目標(biāo)點云中心坐標(biāo)(x，y，z)上，得到候選點云的中心坐標(biāo)目標(biāo)點云的長寬高作為候選點云的長寬高，將當(dāng)前幀的目標(biāo)點云的所有點添加給候選點云，并保持點數(shù)與模板點云點數(shù)N一致，若少于模板點云點數(shù)則隨機增加點云點數(shù)，若多于模板點云點數(shù)隨機拋棄模板點數(shù)，得到m組候選點云

步驟1.3：分別將模板點云和候選點云依次輸入到編碼器，得到1個模板點云的模板特征向量F_m和m個候選點云的候選特征向量F_C,編碼器包括三個順序連接的相同的子結(jié)構(gòu)，每個子結(jié)構(gòu)包括1D cov層、ReLU層和BN層，最后一個子結(jié)構(gòu)連接最大池化層；

步驟1.4：計算余弦相似性，模板特征向量F_m分別與候選特征向量F_c做相似度表達，具體為：

步驟1.5：計算距離損失函數(shù)，高斯采樣得到m個關(guān)于位置的偏置，偏置是模板點云X中心與候選點云中心的空間距離，使用d＝L2范數(shù)表示空間距離，并且使用三維高斯函數(shù)ρ(d)將空間距離范數(shù)歸一化成0到1之間，采用均方損失函數(shù)作為回歸函數(shù)，距離損失函數(shù)具體為：

其中，n為一次訓(xùn)練時的樣本數(shù)量；

步驟1.6：計算方向損失函數(shù)，采用均方損失函數(shù)作為回歸函數(shù)，方向損失函數(shù)具體為：

其中，BC_m為當(dāng)前幀的跟蹤點云目標(biāo)的3維框，BC_c為當(dāng)前幀的候選點云的3維框，BC_m∩BC_c表示當(dāng)前幀的跟蹤點云目標(biāo)與候選點云的交集，BC_m∪BC_c表示當(dāng)前幀的跟蹤點云目標(biāo)與候選點云并集，認為是當(dāng)前幀的跟蹤點云目標(biāo)與候選點云的運動方向差，其數(shù)值范圍為(0，1)，n為一次訓(xùn)練時的樣本數(shù)量；

步驟1.7：訓(xùn)練，訓(xùn)練的損失函數(shù)具體為：

L_tr＝λL_d+(1-λ)L_o+λ_coL_co

其中，參數(shù)λ_co與λ均為設(shè)定常數(shù)，循環(huán)步驟1.1到步驟1.7進行訓(xùn)練；

測試部分包括以下步驟：

步驟2.1：檢測當(dāng)前幀點云目標(biāo)：對當(dāng)前幀的點云使用PointRcnn模型進行目標(biāo)檢測；

步驟2.2：候選區(qū)域采樣：對于上一幀的跟蹤結(jié)果，根據(jù)以其中心坐標(biāo)(x，y，z)和長寬高(1，w，h)為尺度計算候選區(qū)域CR，

然后判斷所有檢測到的前幀點云目標(biāo)的中心坐標(biāo)是否在候選區(qū)域CR內(nèi)，若存在候選區(qū)域CR內(nèi)的檢測目標(biāo)，則這些目標(biāo)即為候選點云；若無檢測目標(biāo)的坐標(biāo)在候選區(qū)域CR內(nèi)，則以上一幀跟蹤目標(biāo)的中心坐標(biāo)為原點，進行高斯采樣，得到m個關(guān)于位置的偏置(Δx，Δy，Δz)，將位置的偏置附加到上一幀跟蹤目標(biāo)的中心坐標(biāo)(x，y，z)上，得到候選點云的中心坐標(biāo)目標(biāo)的長寬高作為候選點云的長寬高，將上一幀跟蹤目標(biāo)點云添加給每一個候選點云；

步驟2.3：編碼：使用訓(xùn)練部分訓(xùn)練后的模型對將上一幀跟蹤目標(biāo)點云和候選點云進行編碼，得到1個上一幀跟蹤目標(biāo)點云特征向量和m個候選點云特征向量；

步驟2.4：余弦相似性判斷：將1個上一幀跟蹤目標(biāo)點云特征向量分別與m個候選點云特征向量進行余弦相似性對比，其中余弦相似性最大值對應(yīng)的點云即跟蹤目標(biāo)；

步驟2.5：重復(fù)步驟2.1到步驟2.4，目標(biāo)所出現(xiàn)的所有幀全部跟蹤結(jié)束為止。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于運動方向變化的候選種子的點云單目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于：步驟1.6所述3維框具體為：

其中(l，w，h)表示長寬高，(x，y，z)表示中心坐標(biāo)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于運動方向變化的候選種子的點云單目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于：步驟2.2所述候選區(qū)域CR，具體為：

其中，為空間尺度。