CN112270642A - 障碍物点云外接矩形框的构建方法、系统及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种障碍物点云外接矩形框的构建方法，包括外接凸多边形构建步骤，获取的障碍物点云，使用俯视图投影方式将点云投影到二维平面上，对障碍物点凸包算法画外接凸多边形得到凸多边形角点集合；多边形角点选取步骤，对凸多边形角点集合进行缩减；遍历候选框步骤，中心点集合以每两个点连线作为矩形框一边的方向，对凸多边形角点集合画外接矩形框，统计各个角点到所述矩形框各自最近边的距离值之和，记录该框和距离值，遍历中心点集合中每个点对，选择距离值最小的框作为最终障碍物外接矩形框。本发明在障碍物点云外接凸多边形基础上，以每两个点作为投影边画框，将点到边的距离作为评判标准选择最终框，对稀疏点云画框具有更好效果。

Description

障碍物点云外接矩形框的构建方法、系统及装置
技术领域
本申请自动控制技术领域，特别涉及一种障碍物点云外接矩形框构建方法及装置。
背景技术
现有技术中的点云画框方式，首先对障碍物点云画二维外接凸多边形，然后对多边形的点以雷达为中心选取相对方位角最大和最小的点，之后选取这两点连线靠近雷达的角点，将这些点分别投影到以相邻两个角点为边的直线上，以此画矩形框，选取其中面积最小的矩形框作为最终障碍物矩形框。
外接凸多边形没有角点点数限制，给后处理处理带来计算压力，否则需要通过复杂的判断去除一些边来减少计算量；
对点数较少物体，以其中某两个点作为投影边所画的框方向不准确，例如车辆远处点云只有一条弧形线，相邻两个点连线的边并不一定和这两尾部平行，此外通过最小面积所选取的框也不是方向最准确的框。
L形画框方式，将障碍物点云投影到俯视图二维平面，以雷达为中心选取相对方位角最大和最小的点，再选取离这两个点连线在雷达这边离这条线最远的点，以这三个点拟合矩形框。
对两面有点云的物体有较好效果，但是某些远处物体只有某一个面有点，根据这种逻辑画出来的框有异常，方向不准。
发明内容
1、本发明的目的
对于室外激光雷达使用场景，现有的障碍物点云外接矩形框构建方法对点云较完整的目标能够构建稳定准确的框，但是对于远处点云较稀少的物体，由于点云的抖动和闪烁，会使得以个别点画框的方法不稳定的问题，而提出了一种一种障碍物点云外接矩形框构建方法、系统及装置
2、本发明所采用的技术方案
本发明公开了一种障碍物点云外接矩形框的构建方法，包括：
外接凸多边形构建步骤，首先对于所获取的障碍物点云，使用俯视图投影方式将点云投影到二维平面上，对所述的障碍物点凸包算法画外接凸多边形，得到凸多边形角点集合；
多边形角点选取步骤，对凸多边形角点集合进行缩减，选取靠近坐标中心的点组成中心点集合；
遍历候选框步骤，以所述中心点集合每两个点连线作为矩形框一边的方向，对凸多边形角点集合画外接矩形框，统计各个角点到所述矩形框各自最近边的距离值之和，记录所述矩形框和距离值，遍历所述中心点集合中每个点对，选择距离值最小的所述矩形框作为最终障碍物外接矩形框。
还包括外接凸多边形构建步骤，所述的凸多边形角点集合，如其点数少于预设值，根据其最长边作为边，其他点投影到该边上画矩形框。
优选的，所述对凸多边形角点集合进行缩减，还包括：计算相邻两个角的距离，统计每个角点到相邻点的距离之和，删除其中距离之和最小的点，在新的集合再重复统计并删除距离之和最少的点，直到点数达到预设值要求，得到删减凸多边形角点集合。
优选的，所述的多边形角点选取步骤，具体包括：对所述删减凸多边形角点集合，以雷达中心为坐标中心，选取其中方位角最大和最小的两个点，以这两个点连线作为分界线，选取所述删减凸多边形角点集合中靠近坐标中心的点组成中心点集合。
本发明公开了一种障碍物点云外接矩形框的构建系统，包括：
外接凸多边形构建模块，用于对于所获取的障碍物点云，使用俯视图投影方式将点云投影到二维平面上，对所述的障碍物点凸包算法画外接凸多边形，得到凸多边形角点集合；
多边形角点选取模块，用于对凸多边形角点集合进行缩减，选取靠近坐标中心的点组成中心点集合；
遍历候选框模块，用于以所述中心点集合每两个点连线作为矩形框一边的方向，对凸多边形角点集合画外接矩形框，统计各个角点到所述矩形框各自最近边的距离值之和，记录所述矩形框和距离值，遍历所述中心点集合中每个点对，选择距离值最小的所述矩形框作为最终障碍物外接矩形框。
优选的，外接凸多边形构建模块，用于所述的凸多边形角点集合，如其点数少于预设值，根据其最长边作为边，其他点投影到该边上画矩形框。
优选的，所述对凸多边形角点集合进行缩减，还包括：计算相邻两个角的距离，统计每个角点到相邻点的距离之和，删除其中距离之和最小的点，在新的集合再重复统计并删除距离之和最少的点，直到点数达到预设值要求，得到删减凸多边形角点集合。
优选的，所述的多边形角点选取模块，具体包括：对所述删减凸多边形角点集合，以雷达中心为坐标中心，选取其中方位角最大和最小的两个点，以这两个点连线作为分界线，选取所述删减凸多边形角点集合中靠近坐标中心的点组成中心点集合。
3、本发明所采用的有益效果
障碍物点云使用最小外接矩形和L形画框两种方法时都具有较大随机性，而仅使用相邻两个点作为画框边则有可能采样不足导致方向会随着点的抖动而抖动；本发明通过在障碍物点云外接凸多边形基础上，以每两个点作为投影边画框，遍历中心点集合两两画框可以增多多个方向框进行对比，将点到边的距离作为评判标准选择最终框，对稀疏点云画框具有更好效果，同时由于没有采用复杂的模型，计算量也较小，实时性好。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明装置示意图；
图2为两个点云基于本发明方法的画框过程；(a)为点云俯视图，(b)为基于该俯视图画的外接凸多边形，(c)为根据方位角确定的Pmax和Pmin两个点，加粗表示为S3点集所在线段，(d-f)分别表示基于Pmin点和S3中三个点所构建的框。
图3为本发明优选实施例示意图；
图4为本发明流程图；
图5为本发明外接凸多边形构建步骤流程图；
图6为本发明多边形角点选取步骤流程图；
图7为本发明遍历候选框步骤流程图。
具体实施方式
下面结合本发明实例中的附图，对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实例作进一步地详细描述。
实施例：
本发明所描述的装置如图1所示，包括数据获取模块和信息处理模块，其中信息处理模块中包括点云检测分割模块和点云矩形框构建模块，本发明中主要对框拟合模块进行创新。
本发明提出了一种障碍物点云外接矩形框的构建系统，包括：
外接凸多边形构建模块，用于对于所获取的障碍物点云，使用俯视图投影方式将点云投影到二维平面上，对所述的障碍物点凸包算法画外接凸多边形，得到凸多边形角点集合；
多边形角点选取模块，对凸多边形角点集合进行缩减，选取靠近坐标中心的点组成中心点集合；
遍历候选框模块，所述的中心点集合，以每两个点连线作为矩形框一边的方向，对凸多边形角点集合画外接矩形框，统计各个角点到所述矩形框各自最近边的距离值之和，记录该框和距离值，遍历中心点集合中每个点对，选择距离值最小的框作为最终障碍物外接矩形框。
外接凸多边形构建模块，所述的凸多边形角点集合，如其点数少于预设值，根据其最长边作为边，其他点投影到该边上画矩形框。
对凸多边形角点集合进行缩减，计算相邻两个角的距离，统计每个角点到相邻点的距离之和，删除其中距离之和最小的点，在新的集合再重复统计并删除距离之和最少的点，直到点数达到预设值要求，得到删减凸多边形角点集合。
所述的多边形角点选取模块，对删减凸多边形角点集合，以雷达中心为坐标中心，选取其中方位角最大和最小的两个点，以这两个点连线作为分界线，选取删减凸多边形角点集合中靠近坐标中心的点组成中心点集合。
图2和图3为两个点云基于本发明方法的画框过程，其中(a)为点云俯视图，(b)为基于该俯视图画的外接凸多边形，(c)为根据方位角确定的Pmax和Pmin两个点，加粗表示为S3点集所在线段，(d-f)分别表示基于Pmin点和S3中三个点所构建的框。
本发明优选的实施方案如图3，这种点云在使用最小外接矩形和L形画框两种方法时都具有较大随机性，而仅使用相邻两个点作为画框边则有可能采样不足导致方向会随着点的抖动而抖动，本方法使用遍历中心点集合S3两两画框可以增多多个方向框进行对比。
本发明所描述的障碍物点云构建方法主要分为三步：如图4所示，外接凸多边形构建、多边形角点选取、遍历候选框。
S100，外接凸多边形构建。如图5所示：
S101、首先对于所获取的障碍物点云，使用俯视图投影方式将点云投影到二维平面上；
S102、对这些障碍物点使用已有凸包算法画外接凸多边形，由此得到凸多边形角点集合S1。对于凸多边形角点S1，假如其点数少于四个点，直接根据其最长边作为边，其他点投影到该边上画矩形框，跳过以下步骤。
S200，多边形角点选取，如图6所示：
S201，对于凸多边形角点集合S1，假如其点数超过预设值，需要对其进行缩减，分别计算相邻两个角的距离，统计每个角点到相邻点的距离之和，删除其中距离之和最小的点；
S202，在新的集合再重复统计并删除距离之和最少的点，直到点数达到预设值要求，由此得到缩减点集合S2；对缩减点集合S2，以雷达中心为坐标中心，选取其中方位角最大和最小的两个点Pmax和Pmin，以这两个点连线作为分界线，选取缩减点集合S2中靠近坐标中心的点组成中心点集合S3。
S300，遍历候选框，如图7所示：
S301，对于中心点集合S3，以每两个点连线作为边，将凸多边形角点集合S1中其他点投影到该直线上进行画矩形框；
S303，统计各个点到该矩形框最近边的距离之和，记录该框和距离值；
S303，遍历中心点集合S3中每个点对，选择距离值最小的框作为最终障碍物外接矩形框。
机器可读存储介质作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的虚拟现实对象控制方法对应的程序指令/模块(所示的获取模块、第一确定模块、第二确定模块以及对象控制模块)。处理器通过检测存储在机器可读存储介质中的软件程序、指令以及模块，从而执行终端设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的虚拟现实对象控制方法，在此不再赘述。
机器可读存储介质可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，机器可读存储介质可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(ErasablePROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(SynchronousDRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double DataRateSDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(DirectRambusRAM，DRRAM)。应注意，本文描述的系统和方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合发布节点的存储器。在一些实例中，机器可读存储介质可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至虚拟现实设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、虚拟现实设备或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、虚拟现实设备或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的虚拟现实设备、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
本申请实施例是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种障碍物点云外接矩形框的构建方法，其特征在于，包括：
外接凸多边形构建步骤，首先对于所获取的障碍物点云，使用俯视图投影方式将点云投影到二维平面上，对所述的障碍物点凸包算法画外接凸多边形，得到凸多边形角点集合；
多边形角点选取步骤，对凸多边形角点集合进行缩减，选取靠近坐标中心的点组成中心点集合；
遍历候选框步骤，以所述中心点集合每两个点连线作为矩形框一边的方向，对凸多边形角点集合画外接矩形框，统计各个角点到所述矩形框各自最近边的距离值之和，记录所述矩形框和距离值，遍历所述中心点集合中每个点对，选择距离值最小的所述矩形框作为最终障碍物外接矩形框。
2.根据权利要求1所述的障碍物点云外接矩形框的构建方法，其特征在于：还包括外接凸多边形构建步骤，所述的凸多边形角点集合，如其点数少于预设值，根据其最长边作为边，其他点投影到该边上画矩形框。
3.根据权利要求1所述的障碍物点云外接矩形框的构建方法，其特征在于：所述对凸多边形角点集合进行缩减，还包括：计算相邻两个角的距离，统计每个角点到相邻点的距离之和，删除其中距离之和最小的点，在新的集合再重复统计并删除距离之和最少的点，直到点数达到预设值要求，得到删减凸多边形角点集合。
4.根据权利要求1或3所述的障碍物点云外接矩形框的构建方法，其特征在于：所述的多边形角点选取步骤，具体包括：对所述删减凸多边形角点集合，以雷达中心为坐标中心，选取其中方位角最大和最小的两个点，以这两个点连线作为分界线，选取所述删减凸多边形角点集合中靠近坐标中心的点组成中心点集合。
5.一种障碍物点云外接矩形框的构建系统，其特征在于，包括：
外接凸多边形构建模块，用于对于所获取的障碍物点云，使用俯视图投影方式将点云投影到二维平面上，对所述的障碍物点凸包算法画外接凸多边形，得到凸多边形角点集合；
多边形角点选取模块，用于对凸多边形角点集合进行缩减，选取靠近坐标中心的点组成中心点集合；
遍历候选框模块，用于以所述中心点集合每两个点连线作为矩形框一边的方向，对凸多边形角点集合画外接矩形框，统计各个角点到所述矩形框各自最近边的距离值之和，记录所述矩形框和距离值，遍历所述中心点集合中每个点对，选择距离值最小的所述矩形框作为最终障碍物外接矩形框。
6.根据权利要求5所述的障碍物点云外接矩形框的构建系统，其特征在于：外接凸多边形构建模块，用于所述的凸多边形角点集合，如其点数少于预设值，根据其最长边作为边，其他点投影到该边上画矩形框。。
7.根据权利要求5所述的障碍物点云外接矩形框的构建系统，其特征在于：所述对凸多边形角点集合进行缩减，还包括：计算相邻两个角的距离，统计每个角点到相邻点的距离之和，删除其中距离之和最小的点，在新的集合再重复统计并删除距离之和最少的点，直到点数达到预设值要求，得到删减凸多边形角点集合。
8.根据权利要求5或7所述的障碍物点云外接矩形框的构建系统，其特征在于：所述的多边形角点选取模块，具体包括：对所述删减凸多边形角点集合，以雷达中心为坐标中心，选取其中方位角最大和最小的两个点，以这两个点连线作为分界线，选取所述删减凸多边形角点集合中靠近坐标中心的点组成中心点集合。
9.一种基于障碍物点云外接矩形框的构建装置，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，其特征在于；所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4任一所述的方法步骤。
10.一种计算机可度存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任一所述的方法步骤。
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