本发明专利技术公开了一种面阵盖革APD激光雷达的点云建图方法和系统，属于激光建图技术领域，所述方法通过对盖革APD激光点云的坐标系进行深度方向上变换，将其变换到相对坐标系下进行配准，削弱深度大数值对姿态估计的主导影响；将当前帧点云直接与相对全局地图进行配准，能够减小配准过程中的累积误差；再将全局地图中的点数保持在预设范围内，以减小计算资源压力，还能够提高配准的精确度，进而实现目标场景稠密的点云建图结果；将增强的点云进行投影变换，最终实现远距离目标稠密的激光成像，由此解决现有的盖革APD激光建图算法远距离成像稀疏的技术问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光建图，更具体地，涉及一种面阵盖革apd激光雷达的点云建图方法和系统。
技术介绍
1、激光建图一般是指通过激光雷达扫描周围环境获得三维点云信息，通过提取其三维特征并进行点云配准，估计自身位姿状态，进而实现周围环境的三维地图的构建，是一个热门的研究方向，广泛地应用于自动驾驶、机器人导航、三维重建及三维目标检测等诸多领域。
2、盖革apd激光雷达具有帧频高、探测距离远、探测精度高等优点，在军事和民用方面都有重要应用。然而，由于盖革apd激光雷达易受噪声影响，探测数据信噪比低，同时由于自身设计问题，采集的距离像分辨率低。为了处理噪声问题，需要对激光数据进行去噪处理，这使得获得的点云更为稀疏，即使对激光探测器采集的点云做上百帧叠加，得到的点云仍然较为稀疏，无法支持后续任务，例如：目标检测、目标跟踪。
3、通过对盖革apd激光雷达扫描得到的点云以点云配准的方式进行激光建图，以时间维信息增强空间维信息，丰富场景三维结构信息，以满足下游任务需求。然而，由于盖革apd激光雷达点云稀疏，简单地进行点云配准，很容易得到错误的配准结果，导致建图失败。其原因如下，首先，盖革apd激光雷达探测距离远，点云配准算法容易失效。其次，其扫描的点云稀疏，场景特征不丰富，同样加大了点云配准的难度。最后，随着激光探测器的不断移动，点云的空间分辨率发生了较大的变化，特征的不平衡性也阻碍了点云配准过程。如何实现准确、鲁棒的远距离的盖革apd激光建图算法仍是亟待解决的问题。
技术实现思路
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p>1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种面阵盖革apd激光雷达的点云建图方法，其目的在于，通过对盖革apd激光点云的坐标系进行深度方向上变换，将其变换到相对坐标系下进行配准，削弱深度大数值对姿态估计的主导影响；将当前帧点云直接与相对全局地图进行配准，能够减小配准过程中的累积误差；再将全局地图中的点数保持在预设范围内，以减小计算资源压力，还能够提高配准的精确度，进而实现目标场景稠密的点云建图结果；将增强的点云进行投影变换，最终实现远距离目标稠密的激光成像，由此解决现有的盖革apd激光建图算法远距离成像稀疏的技术问题。2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种面阵盖革apd激光雷达的点云建图方法，包括：
3、s1：对激光回波信号中当前帧点云所处的绝对激光坐标系进行深度方向上变换，以将所述激光坐标系下的当前帧点云转化为相对激光坐标系下的当前帧点云从而削弱深度大数值的影响；
4、s2：利用相对激光坐标系下当前帧及前一帧的点云获取当前帧到前一帧的精确姿态变换i为当前帧序号，p为精准姿态的标识；
5、s3：以首帧点云所处的相对激光坐标系作为世界坐标系，利用世界坐标系下的第0～i-1帧点云构建前一帧的相对全局地图对进行点云下采样；利用前一帧到首帧的精确姿态变换ti-1→0与当前帧到前一帧的精确姿态变换获取当前帧到首帧的粗略姿态变换r为粗略姿态的标识；利用下采样后的和计算当前帧到首帧的精确姿态变换
6、s4：利用当前帧点云与对应的构建当前帧的相对全局地图设置中的点数阈值在预设范围内；
7、s5：将当前帧的相对全局位姿hi恢复至绝对全局位姿li；hi为的逆矩阵；利用li和获得当前帧绝对激光坐标系下增强的点云；对所述当前帧绝对激光坐标系下增强的点云进行投影，得到目标场景稠密的深度图。
8、在其中一个实施例中，所述s1包括：
9、s11：获取激光回波信号中当前帧的计数值图，利用所述计数值图和对应的延迟时间计算当前帧的绝对深度图；
10、s12：将当前帧的绝对深度图反投影变换至对应的激光坐标系，得到绝对激光坐标系下的当前帧点云；
11、s13：对所述绝对激光坐标系进行深度方向上变换，以将所述绝对激光坐标系下的当前帧点云转化为相对激光坐标系下的当前帧点云。
12、在其中一个实施例中，所述s13包括：
13、利用将所述绝对激光坐标系下的当前帧点云的坐标[x y z 1]t转化为相对激光坐标系下的当前帧点云的坐标[x′ y′ z′ 1]t，a为坐标系深度方向上的变换矩阵，r代表旋转矩阵，t代表平移矩阵，c为光速，td为当前帧的延迟时间。
14、在其中一个实施例中，所述s2包括：
15、s21：对所述相对激光坐标系下的当前帧点云进行体素下采样得到预处理点云，提取所述预处理点云对应的快速点特征直方图fpfh特征，估计所述预处理点云的表面法向量；
16、s22：基于ransac算法对所述fpfh特征进行点云间的粗配准，得到第i帧到第i-1帧的粗略姿态变换
17、s23：基于点到面的icp算法对第i-1帧点云、第i帧点云和所述粗略姿态变换进行激光点云间的精配准，获得第i帧到第i-1帧的精确姿态变换
18、在其中一个实施例中，所述s3包括：
19、以首帧的相对激光坐标系作为世界坐标系，利用第0～i-1帧点云构建相对全局地图其中，
20、对相对全局地图中的点云数据进行体素下采样，并估计体素下采样后的点云的表面法向量；
21、利用前一帧到首帧的精确姿态变换与当前帧到前一帧的精确姿态变换获取当前帧到首帧的粗略姿态变换
22、基于点到面的icp算法，利用相对全局地图当前帧点云和所述当前帧到首帧的粗略姿态变换计算当前帧到首帧的精确姿态变换
23、在其中一个实施例中，所述s4包括：
24、利用公式构建相对全局地图设置中的点数阈值始终在预设范围内；其中，n是点云中点数阈值，k是帧的序号，i表示当前帧的序号，表示第k帧点云中第j个点的坐标。
25、在其中一个实施例中，
26、当点云中的点数大于阈值n时，优先删除起始的点云，使点云中点数保持在阈值n以内；当点云中的点数小于等于阈值n时，则不删除点云中的点；具体表示为：
27、
28、其中，表示第0～i帧点云构建的相对全局地图，表示当第i次丰富全局地图时需删除的点云，card(*)用于计算集合的元素个数。
29、在其中一个实施例中，所述s5包括：
30、s51：利用公式将所述相对全局位姿hi恢复为绝对全局位姿li；hi为的逆矩阵，ai为当前帧深度方向上的变换矩阵；a0为首帧深度方向上的变换矩阵；
31、s52：利用当前帧对应的绝对全局位姿li和相对全局地图获得当前帧绝对激光坐标系下增强的点云；
32、s53：对所述当前帧绝对激光坐标系下增强的点云进行投影，得到目标场景的深度图。
33、在其中一个实施例中，所述s53包括：
34、利用公式将所述当前帧绝对激光坐标系下增强的点云向像素坐标系下进行投影，得到目标场景的深度图；
35、其中，[u v 1]t表示当前帧深度图的像素坐标系下的齐次坐标，k′为超分辨率投影矩阵，β为本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种面阵盖革APD激光雷达的点云建图方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的面阵盖革APD激光雷达的点云建图方法，其特征在于，所述S1包括：
3.如权利要求2所述的面阵盖革APD激光雷达的点云建图方法，其特征在于，所述S13包括：
4.如权利要求1所述的面阵盖革APD激光雷达的点云建图方法，其特征在于，所述S2包括：
5.如权利要求1所述的面阵盖革APD激光雷达的点云建图方法，其特征在于，所述S3包括：
6.如权利要求1所述的面阵盖革APD激光雷达的点云建图方法，其特征在于，所述S4包括：
7.如权利要求6所述的面阵盖革APD激光雷达的点云建图方法，其特征在于，所述S4还包括：
8.如权利要求1所述的面阵盖革APD激光雷达的点云建图方法，其特征在于，所述S5包括：
9.如权利要求8所述的面阵盖革APD激光雷达的点云建图方法，其特征在于，所述S53包括：
10.一种面阵盖革APD激光雷达的点云建图系统，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.一种面阵盖革apd激光雷达的点云建图方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的面阵盖革apd激光雷达的点云建图方法，其特征在于，所述s1包括：
3.如权利要求2所述的面阵盖革apd激光雷达的点云建图方法，其特征在于，所述s13包括：
4.如权利要求1所述的面阵盖革apd激光雷达的点云建图方法，其特征在于，所述s2包括：
5.如权利要求1所述的面阵盖革apd激光雷达的点云建图方法，其特征在于，所述s3包括：
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【专利技术属性】
技术研发人员：胡若澜，王哲，江明杰，桑红石，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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