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。