[發明專利]一種基于激光雷達的賽道中錐桶信息的提取方法及系統

有效

• 申請號: 202110911364.5
• 申請日: 2021-08-10
• 公開（公告）號: CN113655498B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 汪洪波;米向東;花千禧;張惠迪;史根木;韓濤;許宇航;馮立釗
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01S17/931
• 分類號: G01S17/931;G01S7/48
• 代理公司: 合肥市澤信專利代理事務所(普通合伙) 34144
• 代理人: 方榮肖

1.一種基于激光雷達的賽道中錐桶信息的提取方法，其用于提取賽道上的錐桶的位置信息，其特征在于，所述錐桶信息的提取方法包括步驟：

步驟S1，對賽道區域實時掃描，得到賽道點云，且對所述賽道點云根據不同賽場情況設定的截取范圍，截取一個錐桶區域；

步驟S2，對所述錐桶區域根據一個提取平面的平面方程進行水平校準，以使所述錐桶區域在雷達坐標系中保持水平；所述水平校準的方法包括以下步驟：

步驟S21，定義所述提取平面的平面方程：ax+by+cz+d=0，其中，x、y、z分別是所述錐桶區域的x軸、y軸、z軸，a、b、c分別是x、y、z的法向量，d為所述提取平面相對于坐標原點的偏移量，所述坐標原點指所述提取平面所在的坐標系的原點；

步驟S22，對激光雷達坐標系中的豎直向量進行定義，將所述提取平面的法向量通過所述豎直向量進行旋轉，得到旋轉矩陣；

步驟S23，將所述旋轉矩陣通過點云旋轉函數應用到所述提取平面，完成所述錐桶區域的水平校準過程；

步驟S3，對所述錐桶區域內的點云進行過濾，分離所述錐桶區域內的點云中的地面點云和非地面點云；其中，所述點云中的地面點云和非地面點云的分離方法包括以下步驟：

步驟S31，加載所述錐桶區域內的點云，劃分為規則網格，在每個網格中選取高程最低點，構建最小高程表面；其中，如果網格中沒有高程最低點，則根據最近鄰點進行插值；

步驟S32，使用一個寬度尺寸為w₁的窗口以及設定的高程差閾值dh_T來對原始點云進行開操作：地形特征中小于w₁的部分為局外點，反之，地形特征中大于w₁的部分為局內點，其中，所述原始點云指所述錐桶區域內的點云數據；并假設dh_p,1代表原始點云與在任意給定p1點處第一次迭代表面之間的高程差，dh_T代表高程差閾值，則如果dh_p,1≤dh_T點p1就被認為是局內點，反之如果dh_p,1dh_T就認為點p1是一個局外點；此后，令dh_max(t),1為當前迭代中初始地面點與濾波表面之間差值的最大值，則如果選取的dh_Tdh_max(t),1則所有的測量值都會保留為局內點；

步驟S33，進行下一次迭代，計算新的濾波窗口的寬度尺寸，新的濾波窗口的寬度尺寸增大為w₂，對于上一次的處理結果進行開操作處理，以此迭代，通過逐漸增加窗口寬度尺寸來去除不同大小的局外點，其中逐漸增加的窗口的寬度尺寸w_k=2w₁^k+1，式中k為迭代次數，w₁是初始窗口大小；重復執行步驟S32，直至窗口尺寸達到設定的最大窗口的寬度尺寸w_max為止；其中，所述局內點的集合為地面點云，所述局外點的集合為非地面點云

步驟S4，對所述非地面點云進行半徑濾波處理，過濾所述非地面點云中的懸空點和無效點，得到精確點云；其中，所述半徑濾波處理的方法包括步驟：

步驟S41，選取所述非地面點云中的一個點，并將其定義為點A，以點A作為圓心以一個距離閾值作為半徑，形成一個濾波圓，判斷所述濾波圓內是否包含至少兩個點：若為是，則將點A保留；若為否，則將點A刪除；

步驟S42，重復執行步驟S41，直至所有的非地面點云中的點均完成處理為止，將所有保留的點A組合，得到精確點云；

步驟S5，通過聚類所述精確點云得到所述錐桶區域內的所有錐桶的位置信息；其中，所述聚類的方法包括步驟：

步驟S51，定義一個擴張出的三維空間中，任意一點的投影點為點P2，利用Kd樹搜索方法得到k個距離點P2最近的投影點；

步驟S52，判斷k個投影點與點P2之間的間距是否均小于一個半徑閾值：選擇滿足條件的點構成集合Q；

步驟S53，選取點P2以外的投影點為新的投影點，重復執行步驟S51，直至所述三維空間中所有的投影點均完成判斷為止；

步驟S54，根據錐桶形狀特征獲得錐桶模型邊緣在投影平面內的最大值與最小值，并根據所述最大值與最小值，并濾除錐桶外的投影點，得到錐桶的投影點；

步驟S55，根據所述錐桶的投影點，得到錐桶的位置信息

其中，所述精確點云在聚類前或者后，對所述精確點云進行重建優化，優化顯示效果，所述重建優化的方法包括以下步驟：

步驟S61，將所述精確點云通過任意法線投影到一個與所述任意法線相對應的投影平面上，得到投影點云；

步驟S62，對所述投影點云作平面內的三角化處理，得到各個投影點之間的連接關系；

步驟S63，根據各個投影點之間的連接關系確定各原始三維點之間的拓撲連接關系，根據所述拓撲連接關系形成三角網格曲面，所得的三角網格曲面即為重建得到的曲面模型，優化顯示效果；其中，所述原始三維點指投影前的所述精確點云。