【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地理信息，具体为一种基于栅格的多源数据地面提取方法。
技术介绍
1、在利用多种传感器数据实现对周围环境感知的过程中，准确分割地面区域和非地面区域是基础。然而，现有算法存在诸多不足：一方面，多采用直接在数据范围进行平面拟合来提取地面；另一方面，仅通过单一传感器获取数据。这些方法由于依赖手工特征和迭代次数，存在耗时严重的问题。并且，当遇到地面区域在横向和纵向上不平整的情况时，地面提取效果欠佳，难以满足实际需求。
2、因此，为提高地面提取的完整性以及对地面区域的鲁棒性，有必要提出新的地面提取方法。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术公开了一种基于栅格的多源数据地面提取方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于栅格的多源数据地面提取方法，包括以下步骤：
3、s1、将来自激光雷达和深度相机的多源数据标定在同一坐标系下，并转换为点云数据；
4、s2、根据点云数据范围划分区域栅格，计算点云特征，将满足设定阈值条件的点当做种子点，进行平面拟合；
5、s3、将区域内不满足种子点阈值的点，设置为待恢复点，直到所有区域完成平面拟合；
6、s4、根据所有区域得到的平面模型，统计所有满足地面条件的点，完成地面提取。
7、优选的，步骤s1，具体步骤包括：
8、1)首先将深度相机获取到的数据转换为点云格式，根据世界坐标到相机像素点的映射
9、
10、其中u，v分别为图像坐标系下的任意坐标点,u0，v0分别为图像的中心坐标，xw，yw，zw表示世界坐标系下的三维坐标点，r，t分别为外参矩阵的3x3旋转矩阵和3x1平移矩阵，f表示相机焦距，dx，dy分别表示在x方向和y方向上一个像素代表的实际物理值的大小；
11、2)由于世界坐标原点和相机原点重合，则计算得到图像点到世界坐标点之间的变换公式：
12、
13、其中，zc表示相机坐标的z轴值，即目标到相机的距离。
14、优选的，步骤s2，具体步骤包括：
15、1)根据实际的点云数据范围，对点云数据进行区域和栅格的划分，记数据范围的宽，高分别为cloud_width，cloud_height，区域数量为zone_number，各区域内纵向栅格数量为ring_number，横向栅格数量为sector_number，则区域边界为：
16、
17、其中，栅格高栅格宽
18、在进行区域划分的同时，滤除数据范围内深度值为零和感知范围以外的点，减少计算量，之后遍历各点，根据图像中的坐标计算得到索引zone_idx，ring_idx，sector_idx，其中：
19、
20、sector_idx＝min((u-zone_bound[zone_idx])/sector_size,(sector_number-1)))
21、ring_idx＝min(v/ring_size,(ring_number-1))
22、2)栅格划分结束后，分别计算点云的平均高度，标准差，法向量的特征，根据设定的特征阈值，划分为种子点，为平面拟合做准备。
23、优选的，计算点云的平均高度，标准差，法向量的特征，具体包括：
24、记平均高度：
25、
26、标准差：
27、
28、协方差：
29、
30、均值距离：
31、
32、线变量：
33、
34、角度：
35、θ＝cos-1(n1·n2)
36、其中n表示当前栅格中的总点数，zi表示当前栅格中第i个点的z轴坐标，表示所有点坐标的平均值，vi表示点到中心点的向量；对协方差进行svd分解，得到特征值和特征向量，定义线变量为两个主特征值之间的比值，用来描述点的线性和平面性；定义角度为特征向量和单位法向量之间的夹角，用来描述偏差大小；最后在多种特征的约束下完成种子点的筛选。
37、优选的，步骤s3，具体步骤包括：
38、在对种子点进行平面拟合前，先给出平面模型：
39、ax+by+cz+d＝0
40、之后采用列主元householder qr分解来求解线性方程组ax＝b，对于矩阵a的每一列，构建householder矩阵其中wj是从矩阵a的第j列和已经处理过的列中提取的向量，i是单位矩阵；
41、对a矩阵采用householder变换，将矩阵a转换为上三角矩阵r，同时构造正交矩阵q；分解表示为a＝qr，利用正交矩阵q的转置，计算y＝qtb，其中y是转换后的常数项向量；
42、由于r是上三角矩阵，采用回代法从后向前求解x：
43、
44、其中，rij是矩阵r的元素，yi是向量y的第i个元素，解得的x值即平面方程中的参数。
45、优选的，步骤s4，具体步骤包括：
46、得到区域平面模型后，先遍历区域内的点，计算点到平面之间的距离值：
47、
48、如果在设定阈值范围内，计入平面点，否则将其记为待恢复点；
49、如果区域内的种子点不足，导致平面拟合失败，则将该区域内的所有点都记为待恢复点；
50、最后遍历所有区域的平面模型，统计所有待恢复点在平面模型之间的距离值，如果距离小于设定阈值，通过索引记录该点，并将该点计入最后结果中的平面点中，当地面模型完成合并时，最终完成地面区域和非地面区域之间的分割，地面提取完成。
51、与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
52、1、本专利技术中，利用多源数据代替单一数据源，减少单一传感器在数据获取时所受外界环境的影响，获得更大的感知范围和有效数据。
53、2、本专利技术中，在划分区域的基础上细分栅格，再根据种子点拟合平面模型，同时过滤深度相机中的无效点，有效减少数据量和拟合时的迭代次数，提高实时性。
54、3、本专利技术中，根据不同区域得到多个平面模型，提升算法在地面横向和纵向方向不平整情况下的鲁棒性，得到更准确的提取结果。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于栅格的多源数据地面提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于栅格的多源数据地面提取方法，其特征在于：步骤S1，具体步骤包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于栅格的多源数据地面提取方法，其特征在于：步骤S2，具体步骤包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于栅格的多源数据地面提取方法，其特征在于：计算点云的平均高度，标准差，法向量的特征，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于栅格的多源数据地面提取方法，其特征在于：步骤S3，具体步骤包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于栅格的多源数据地面提取方法，其特征在于：步骤S4，具体步骤包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于栅格的多源数据地面提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于栅格的多源数据地面提取方法，其特征在于：步骤s1，具体步骤包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于栅格的多源数据地面提取方法，其特征在于：步骤s2，具体步骤包括：
4.根据权利要求3所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘智文，庞风麟，陈裕田，
申请(专利权)人：江苏集萃智能制造技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。