三维激光点云路面分割方法、系统、计算机设备及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种三维激光点云路面分割方法，包括：构建扇形栅格地图；对所述扇形栅格地图进行连通域聚类处理以构建栅格簇；对符合预设条件的栅格簇进行特征值分析，提取符合线特征及面特征的栅格簇作为地面栅格簇；在所述扇形栅格地图的径向方向上对所述地面栅格簇进行平滑度检查，提取符合平滑度要求的地面栅格簇。本发明专利技术还公开了三维激光点云路面分割系统、计算机设备及计算机可读存储介质。本发明专利技术通过分析三维激光点云的几何特征，实现了对复杂地形高效、准确的点云路面分割，在精确性与鲁邦性上有较大提升。

【技术实现步骤摘要】
三维激光点云路面分割方法、系统、计算机设备及介质
本专利技术涉及无人驾驶
，尤其涉及三维激光点云路面分割方法、三维激光点云路面分割系统、计算机设备及计算机可读存储介质。
技术介绍
无人车或自动驾驶是目前人工智能产业中最具有应用价值的行业之一，环境感知作为无人车核心研究内容，是智能汽车实现自主决策和路径规划的基础。对环境感知的准确性直接决定着汽车的智能化水平，然而目前技术在复杂环境下仍难以准确、迅速感知出最有效的外界信息，仍有很多关键技术需要突破。现有技术中，普遍利用激光雷达进行障碍物及可行驶区域的检测。其中，路面分割是激光雷达检测的前提。目前，比较典型激光点云路面分割方法有：一、将点云建立无向图，通过设置损失函数求解无向图模型来分割路面。但该方法对损失函数的精确度依赖较强，损失函数如果不适合，会造成精确度较低的问题。二、通过ransac的方法建立一个或者多个拟合的路面模型。但该方法很难适应路面凹凸不平、多斜坡等不规则路面工况。三、在特定方向上进行梯度筛选然后通过平滑函数来过滤地面点云。但该方法难以综合利用邻近点所呈现出来的组合特征，会造成特征信息在使用上的浪费。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种三维激光点云路面分割方法、系统、计算机设备及介质，可通过分析三维激光点云的几何特征，实现了对复杂地形高效、准确的点云路面分割。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种三维激光点云路面分割方法，包括：构建扇形栅格地图；对所述扇形栅格地图进行连通域聚类处理以构建栅格簇；对符合预设条件的栅格簇进行特征值分析，提取符合线特征及面特征的栅格簇作为地面栅格簇；在所述扇形栅格地图的径向方向上对所述地面栅格簇进行平滑度检查，提取符合平滑度要求的地面栅格簇。作为上述方案的改进，所述三维激光点云路面分割方法还包括：在扇形栅格地图的径向方向上，根据所述地面栅格簇构建平滑约束，将不符合预设条件的栅格簇中符合平滑约束的栅格作为地面栅格。作为上述方案的改进，所述构建扇形栅格地图的步骤包括：将激光雷达的三维激光点云投影到扇形栅格地图中，所述扇形栅格地图由多个相互独立的栅格组成；分别计算每个栅格中的所有点的最大高度差，若所述最大高度差大于预设阈值，则所述栅格为障碍物栅格，删除所述障碍物栅格。作为上述方案的改进，所述对扇形栅格地图进行连通域聚类处理以构建栅格簇的步骤包括：S11，在扇形栅格地图中，以一个栅格为搜寻中心，建立栅格簇；S12，在预设领域内搜寻满足梯度要求的栅格，并将满足梯度要求的栅格添加到所述栅格簇中；S13，在所述栅格簇内，以另一个未被作为搜寻中心的栅格为新的搜寻中心，进入步骤S12，直至所述栅格簇中的所有栅格均完成搜寻；S14，在所述栅格簇外，以另一个未被作为搜寻中心的栅格为新的搜寻中心，建立新的栅格簇，进入步骤S12，直至所述扇形栅格地图中的所有栅格均完成搜寻。作为上述方案的改进，判断栅格簇是否符合预设条件的步骤包括：将栅格簇内的每个栅格转换为点，并为所述栅格簇构建最小包围矩形；判断所述栅格簇内点的数量是否小于预设数量或所述栅格簇所对应的最小包围矩形的对角线长度是否小于预设长度，判断为是时，所述栅格簇不符合预设条件，判断为否时，所述栅格簇符合预设条件。作为上述方案的改进，所述对符合预设条件的栅格簇进行特征分析，提取符合线特征及面特征的栅格簇作为地面栅格簇的步骤包括：根据所述符合预设条件的栅格簇内的点构建协方差矩阵；计算所述协方差矩阵的特征值；提取所述特征中的最小特征值、中间特征值及最大特征值，并根据所述最小特征值、中间特征值及最大特征值之间的差值进行判断，其中，当所述最小特征值与中间特征值之间的差值不在预设范围内，且所述中间特征值与最大特征值之间的差值在预设范围内，则所述符合预设条件的栅格簇为面状栅格簇；当所述最小特征值与中间特征值之间的差值在预设范围内，且所述最小特征值与最大特征值之间的差值不在预设范围内，则所述符合预设条件的栅格簇为线状栅格簇；当所述最小特征值、中间特征值及最大特征值之间的差值在预设范围内，则所述符合预设条件的栅格簇为球状栅格簇；将所述面状栅格簇及线状栅格簇作为地面栅格簇。作为上述方案的改进，所述在扇形栅格地图的径向方向上对地面栅格簇进行平滑度检查，提取符合平滑度要求的地面栅格簇的步骤包括：S21，以激光雷达所在的地面点为起始点；S22，在所述扇形栅格地图的径向方向上依次计算地面栅格簇中相邻栅格之间的梯度，若所述梯度不满足梯度要求，则所述梯度对应的相邻栅格中的前一个栅格为终止栅格，并将所述终止栅格及之前的栅格标记为地面栅格；S23，将所述终止栅格之后的栅格标记为非地面栅格，直至当前栅格的高度低于上一个非地面栅格的高度；S24，判断当前栅格与上一个终止栅格之间的高度差是否小于预设高度差，判断为是时，以当前栅格为新的起始点，进入步骤S22，判断为否时，将当前栅格标记为非地面栅格并继续检查下一个栅格，进入步骤S24；S25，直至所述地面栅格簇中所有的栅格均完成检查，判断所述地面栅格簇中非地面栅格的数量是否大于地面栅格的数量，判断为是时，则删除所述地面栅格簇，判断为否时，则保留所述地面栅格簇。作为上述方案的改进，所述在扇形栅格地图的径向方向上，根据所述地面栅格簇构建平滑约束，将不符合预设条件的栅格簇中符合平滑约束的栅格作为地面栅格的步骤包括：在所述扇形栅格地图的径向方向上，根据地面栅格簇中栅格的半径长度及高度构建平滑曲线；根据所述平滑曲线对径向方向上的所有栅格进行平滑处理以生成平滑函数；将不符合预设条件的栅格簇中栅格的径向长度代入所述平滑函数以计算当前栅格的理论高度；判断所述当前栅格的理论高度与实际高度之间的差值是否在预设差值范围内，判断为是时，所述当前栅格为地面栅格，判断为否时，所述当前栅格为非地面栅格。相应地，本专利技术还提供了一种三维激光点云路面分割系统，包括：地图构建模块，用于构建扇形栅格地图；类聚处理模块，用于对所述扇形栅格地图进行连通域聚类处理以构建栅格簇；特征分析模块，用于对符合预设条件的栅格簇进行特征值分析，提取符合线特征及面特征的栅格簇作为地面栅格簇；平滑检查模块，用于在所述扇形栅格地图的径向方向上对所述地面栅格簇进行平滑度检查，提取符合平滑度要求的地面栅格簇。作为上述方案的改进，所述三维激光点云路面分割系统还包括：平滑约束模块，用于在扇形栅格地图的径向方向上，根据所述地面栅格簇构建平滑约束，将不符合预设条件的栅格簇中符合平滑约束的栅格作为地面栅格。相应地，本专利技术还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行上述三维激光点云路面分割方法的步骤。相应地，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现三维激光点云路面分割方法的步骤。实施本专利技术，具有如下有益效果：本专利技术通过对路面点云进行聚类分析以将路面点云分成多个点云簇，并针对路面点云的几何特征进行特征值分析，再利用平滑度公式对栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维激光点云路面分割方法，其特征在于，包括：/n构建扇形栅格地图；/n对所述扇形栅格地图进行连通域聚类处理以构建栅格簇；/n对符合预设条件的栅格簇进行特征值分析，提取符合线特征及面特征的栅格簇作为地面栅格簇；/n在所述扇形栅格地图的径向方向上对所述地面栅格簇进行平滑度检查，提取符合平滑度要求的地面栅格簇。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维激光点云路面分割方法，其特征在于，包括：
构建扇形栅格地图；
对所述扇形栅格地图进行连通域聚类处理以构建栅格簇；
对符合预设条件的栅格簇进行特征值分析，提取符合线特征及面特征的栅格簇作为地面栅格簇；
在所述扇形栅格地图的径向方向上对所述地面栅格簇进行平滑度检查，提取符合平滑度要求的地面栅格簇。


2.如权利要求1所述的三维激光点云路面分割方法，其特征在于，还包括：在扇形栅格地图的径向方向上，根据所述地面栅格簇构建平滑约束，将不符合预设条件的栅格簇中符合平滑约束的栅格作为地面栅格。


3.如权利要求1或2所述的三维激光点云路面分割方法，其特征在于，所述构建扇形栅格地图的步骤包括：
将激光雷达的三维激光点云投影到扇形栅格地图中，所述扇形栅格地图由多个相互独立的栅格组成；
分别计算每个栅格中的所有点的最大高度差，若所述最大高度差大于预设阈值，则所述栅格为障碍物栅格，删除所述障碍物栅格。


4.如权利要求1或2所述的三维激光点云路面分割方法，其特征在于，所述对扇形栅格地图进行连通域聚类处理以构建栅格簇的步骤包括：
S11，在扇形栅格地图中，以一个栅格为搜寻中心，建立栅格簇；
S12，在预设领域内搜寻满足梯度要求的栅格，并将满足梯度要求的栅格添加到所述栅格簇中；
S13，在所述栅格簇内，以另一个未被作为搜寻中心的栅格为新的搜寻中心，进入步骤S12，直至所述栅格簇中的所有栅格均完成搜寻；
S14，在所述栅格簇外，以另一个未被作为搜寻中心的栅格为新的搜寻中心，建立新的栅格簇，进入步骤S12，直至所述扇形栅格地图中的所有栅格均完成搜寻。


5.如权利要求1或2所述的三维激光点云路面分割方法，其特征在于，判断栅格簇是否符合预设条件的步骤包括：
将栅格簇内的每个栅格转换为点，并为所述栅格簇构建最小包围矩形；
判断所述栅格簇内点的数量是否小于预设数量或所述栅格簇所对应的最小包围矩形的对角线长度是否小于预设长度，
判断为是时，所述栅格簇不符合预设条件，
判断为否时，所述栅格簇符合预设条件。


6.如权利要求5所述的三维激光点云路面分割方法，其特征在于，所述对符合预设条件的栅格簇进行特征分析，提取符合线特征及面特征的栅格簇作为地面栅格簇的步骤包括：
根据所述符合预设条件的栅格簇内的点构建协方差矩阵；
计算所述协方差矩阵的特征值；
提取所述特征中的最小特征值、中间特征值及最大特征值，并根据所述最小特征值、中间特征值及最大特征值之间的差值进行判断，其中，
当所述最小特征值与中间特征值之间的差值不在预设范围内，且所述中间特征值与最大特征值之间的差值在预设范围内，则所述符合预设条件的栅格簇为面状栅格簇；
当所述最小特征值与中间特征值之间的差值在预设范围内，且所述最小特征值与最大特征值之间的差值不在预设范围内，则所述符合预设条件的栅格簇为线状栅格簇；
当所述最小特征值、中间特征值及最大特征值之间的差值在预设范围内，则...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘康，
申请(专利权)人：广州汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44