本發(fā)明屬于點云數(shù)據(jù)投影,具體涉及一種車載激光點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù):
1、目前激光點云數(shù)據(jù)是道路三維時空數(shù)據(jù)生產(chǎn)的主要數(shù)據(jù)源,數(shù)據(jù)智能化生產(chǎn)工藝思路,主要是先對原始點云進行3d場景的語義分割,再進行幾何矢量提取。大規(guī)模、注釋豐富的三維城市道路場景激光雷達點云數(shù)據(jù)對于理解復(fù)雜道路和城市場景至關(guān)重要,可為自動駕駛地圖構(gòu)建、三維模型重建和智慧城市等重要需求提供主要數(shù)據(jù)源。實際點云語義分割時,由于全幅三維計算復(fù)雜度較高,使得ai推理速度較慢,就城市道路交通部件而言,針對其中呈現(xiàn)連續(xù)且規(guī)則、具有明顯邊緣輪廓以及高對比度紋理的部件類別,經(jīng)過點云投影算法處理后的地物特征更加明顯。因此,為改善點云語義分割網(wǎng)絡(luò)效果,提升ai推理速度,需要研究點云投影算法增強地物顯著特征。近年來,點云數(shù)據(jù)投影技術(shù)在三維數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域取得了顯著的進展,涌現(xiàn)出多視圖投影、鳥瞰圖投影、柱狀投影及球形投影等諸多投影方式,為復(fù)雜場景的理解和重建提供了強有力的工具。
2、多視圖投影技術(shù)通過從多個角度捕獲數(shù)據(jù),并將這些數(shù)據(jù)投影到二維平面上,有效地解決了傳統(tǒng)單視圖方法的視角限制問題。但各視圖僅展示地物特定方向信息,投影過程中,視角切換存在部分遮擋,影響獲取完整的深度信息和結(jié)構(gòu)細節(jié)。
3、鳥瞰圖具有真實感強、能較好表現(xiàn)大型建筑物或景觀全貌和空間關(guān)系,以及多視角融合、保留幾何結(jié)構(gòu)和語義密度等優(yōu)點,但因其從高空俯瞰視角,導(dǎo)致特征信息,特別是深度信息丟失嚴(yán)重,垂直視角地物之間也存在互相遮擋的情況。
4、柱狀投影的優(yōu)點在能夠保留點云的角度信息,對于分析物體的環(huán)繞結(jié)構(gòu)或旋轉(zhuǎn)對稱性非常有利,但對于具有垂直結(jié)構(gòu)的地物無法較好展示,且圓柱邊緣地物存在畸變情況。
5、球形投影技術(shù)通過將點云數(shù)據(jù)投影到球面上,旨在保持信息的完整性并提供全視場視角,減少視角限制的影響。然而,在處理稠密點云時,邊緣區(qū)域常出現(xiàn)投影失真和信息密度不均的問題,導(dǎo)致數(shù)據(jù)扭曲和特征信息丟失。這些局限性限制了球形投影在處理高密度點云數(shù)據(jù)中的應(yīng)用效果。
6、綜上所述,盡管現(xiàn)有點云數(shù)據(jù)投影技術(shù)取得了一定的進展,但仍需解決大規(guī)模稠密點云處理需求下出現(xiàn)的信息丟失、視角選擇敏感性、遮擋處理以及投影失真等關(guān)鍵問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足,實現(xiàn)增強稠密點云中的地物特征保留,緩解投影過程中的地物形變,減少地物之間遮擋的目的,本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
2、一種點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影方法,包括如下步驟:
3、步驟1:通過獲取的原始點云計算道路斜率,按道路斜率對原始點云進行切分,得到一組分區(qū)點云,并計算每塊分區(qū)點云的道路密度中心線;
4、步驟2:網(wǎng)格化每塊分區(qū)點云,得到一組網(wǎng)格點云,并計算每一網(wǎng)格點云的密度中心、密度中心距所述道路密度中心線的最近點,以及所述道路密度中心線在所述最近點處的切線方向,以所述密度中心和所述切線方向自適應(yīng)建立動態(tài)三維坐標(biāo)系;將每一網(wǎng)格點云轉(zhuǎn)換到對應(yīng)的動態(tài)三維坐標(biāo)系下,得到新網(wǎng)格點云,獲取新網(wǎng)格點云的水平外接圓柱體;
5、步驟3:基于所述水平外接圓柱體,將圓柱內(nèi)部的點云投影至圓柱體側(cè)面;
6、步驟4:展開圓柱體側(cè)面,將側(cè)面的投影點映射到投影圖上。
7、進一步地,所述步驟1中,計算道路點云斜率,并以斜率大的點為原始點云初步劃分點,若初步劃分點過于密集,則取其中斜率最大(局部極大值)的點作為劃分點,若過于稀疏,則對初步劃分點進行插值計算,將計算后的插值點作為劃分點,若斜率變化不明顯則不考慮斜率,直接均勻劃分,盡可能確保原始點云劃分后得到的分區(qū)點云長度大體一致。
8、進一步地,所述步驟2中建立的動態(tài)三維坐標(biāo)系,是基于網(wǎng)格點云的三維坐標(biāo),將所述密度中心作為坐標(biāo)原點,以所述切線方向的向量作為新的z軸坐標(biāo),建立新的三維坐標(biāo)系,通過原始三維坐標(biāo)系到新的三維坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣,將網(wǎng)格點云轉(zhuǎn)換到新的三維坐標(biāo)系下?;趧討B(tài)坐標(biāo)軸,能夠針對每塊點云自適應(yīng)調(diào)整,找到合適半徑、側(cè)面高度、圓心位置的圓柱,對每一塊點云進行更恰當(dāng)?shù)耐队啊?/p>
9、進一步地,所述步驟2中,對所述新網(wǎng)格點云做外接圓柱體,圓柱體的軸與所述切線方向共線,圓柱體中心點為轉(zhuǎn)換后的新的密度中心,計算網(wǎng)格點云新的三維坐標(biāo)在所述切線方向上的投影長度,基于投影長度差值得到外接圓柱體的高,通過所述新的三維坐標(biāo)與所述新的密度中心之差計算外接圓柱底面半徑。
10、進一步地,所述外接圓柱體底面半徑,是在所述新的三維坐標(biāo)與所述新的密度中心差值的絕對值中,找到的最大值。
11、進一步地,所述步驟3中,對新網(wǎng)格點云中的每一點,找到其在外接圓柱中所在的圓平面,通過新網(wǎng)格點在圓平面的x坐標(biāo)與新的密度中心點的x坐標(biāo)之差、y坐標(biāo)與新的密度中心點的y坐標(biāo)之差,計算反正切以獲取對應(yīng)的圓心角,通過圓心角和圓柱體底面半徑分別計算x、y坐標(biāo)在圓周上的投影點,結(jié)合新網(wǎng)格點云的z坐標(biāo)與新的密度中心點的z坐標(biāo)之差,得到網(wǎng)格點云在圓柱體側(cè)面的投影。在圓柱側(cè)面投影點的計算時,通過找到每一3d點對應(yīng)的與圓柱底面平行的圓,再計算圓心角,這種投影方式對同一高度的點而言離中心軸線越近的圓心角越大、在圓柱側(cè)面的位置越遠,能使得遮擋位置后方的物體能夠更多地展現(xiàn)在投影圖上,物體之間遮擋更少,且相比于從中心點或其他特定點位向外發(fā)散的投影方式,物體的形變也更少。
12、進一步地,所述步驟4中,投影的每一像素點攜帶點云信息包括原始坐標(biāo)、反射強度。
13、進一步地,所述方法還包括步驟5,將投影后的數(shù)據(jù),結(jié)合原始點云及體素化數(shù)據(jù),輸入多模態(tài)點云語義分割網(wǎng)絡(luò)中,得到地物分割結(jié)果。
14、一種車載激光點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影方法,通過車載激光獲取的原始點云計算道路斜率,利用所述的一種點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影方法進行投影。
15、一種車載激光點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影系統(tǒng),包括切分模塊、網(wǎng)格化模塊、三維坐標(biāo)系構(gòu)建模塊、圓柱體生成模塊、投影模塊和映射模塊,根據(jù)所述的一種點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影方法,分別對車載激光獲取的原始點云進行切分、網(wǎng)格化,并自適應(yīng)建立動態(tài)三維坐標(biāo)系、生成網(wǎng)格點云的水平外接圓柱體、將點云投影至圓柱體側(cè)面,最后將側(cè)面的投影點映射到投影圖上。
16、本發(fā)明的優(yōu)勢和有益效果在于:
17、本發(fā)明的一種車載激光點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影方法及系統(tǒng),能夠更好增強大規(guī)模3d稠密點云數(shù)據(jù)中的地物特征保留,較大程度緩解投影過程中的地物形變,最大限度地降低語義分割任務(wù)中的混淆;對于遮擋位置后方地物具有更多的投影表現(xiàn),地物之間遮擋更少,改善后續(xù)分割效果;生成的投影圖在進行后續(xù)深度學(xué)習(xí)任務(wù)時,推理速度優(yōu)于基于點和體素的網(wǎng)絡(luò)。
1.一種點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影方法,其特征在于包括如下步驟:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影方法,其特征在于:所述步驟1中,計算道路點云斜率,并以斜率大的點為初步劃分點,若初步劃分點密集,則取其中斜率最大的點作為劃分點,若初步劃分點稀疏,則對初步劃分點進行插值計算,將計算后的插值點作為劃分點,若斜率變化小,則直接均勻劃分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影方法,其特征在于:所述步驟2中建立的動態(tài)三維坐標(biāo)系,是基于網(wǎng)格點云的三維坐標(biāo),將所述密度中心作為坐標(biāo)原點,以所述切線方向的向量作為新的z軸坐標(biāo),建立新的三維坐標(biāo)系,通過原始三維坐標(biāo)系到新的三維坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣,將網(wǎng)格點云轉(zhuǎn)換到新的三維坐標(biāo)系下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影方法,其特征在于:所述步驟2中,對所述新網(wǎng)格點云做外接圓柱體,圓柱體的軸與所述切線方向共線,圓柱體中心點為轉(zhuǎn)換后的新的密度中心,計算網(wǎng)格點云新的三維坐標(biāo)在所述切線方向上的投影長度,基于投影長度差值得到外接圓柱體的高,通過所述新的三維坐標(biāo)與所述新的密度中心之差計算外接圓柱底面半徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影方法,其特征在于:所述外接圓柱體底面半徑,是在所述新的三維坐標(biāo)與所述新的密度中心差值的絕對值中,找到的最大值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影方法,其特征在于:所述步驟3中,對新網(wǎng)格點云中的每一點,找到其在外接圓柱中所在的圓平面,通過新網(wǎng)格點在圓平面的x坐標(biāo)與新的密度中心點的x坐標(biāo)之差、y坐標(biāo)與新的密度中心點的y坐標(biāo)之差,計算反正切以獲取對應(yīng)的圓心角,通過圓心角和圓柱體底面半徑分別計算x、y坐標(biāo)在圓周上的投影點,結(jié)合新網(wǎng)格點云的z坐標(biāo)與新的密度中心點的z坐標(biāo)之差,得到網(wǎng)格點云在圓柱體側(cè)面的投影。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影方法,其特征在于:所述步驟4中,投影的每一像素點攜帶點云信息包括原始坐標(biāo)、反射強度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影方法,其特征在于:所述方法還包括步驟5,將投影后的數(shù)據(jù),結(jié)合原始點云及體素化數(shù)據(jù),輸入多模態(tài)點云語義分割網(wǎng)絡(luò)中,得到地物分割結(jié)果。
9.一種車載激光點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影方法,其特征在于:通過車載激光獲取的原始點云計算道路斜率,利用權(quán)利要求1-8任一所述的一種點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影方法進行投影。
10.一種車載激光點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影系統(tǒng),包括切分模塊、網(wǎng)格化模塊、三維坐標(biāo)系構(gòu)建模塊、圓柱體生成模塊、投影模塊和映射模塊,其特征在于:根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種點云數(shù)據(jù)的動態(tài)投影方法,分別對車載激光獲取的原始點云進行切分、網(wǎng)格化,并自適應(yīng)建立動態(tài)三維坐標(biāo)系、生成網(wǎng)格點云的水平外接圓柱體、將點云投影至圓柱體側(cè)面,最后將側(cè)面的投影點映射到投影圖上。