一种基于点云扫描线的斑马线角点提取方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于点云扫描线的斑马线角点提取方法及系统，其技术方案为：包括提取包含完整斑马线的点云，统计每个点云的回波反射强度值，计算最优点云二值化强度分割阈值；计算同一扫描线上相距最远的两个斑马线点云之间的水平距离，遍历所有扫描线以生成的频率分布直方图；滤除噪声点，获取位于斑马线长边附近的边缘点；通过对边缘点进行直线拟合获取斑马线的长边直线方程；创建扫描线移动判别窗口以遍历所有扫描线，获取斑马线首尾边缘处的扫描线，通过对目标扫描线上点云进行直线拟合得到直线方程；根据获取的直线结合斑马线的矩形特征，计算斑马线的角点坐标。本发明专利技术实现斑马线点云与非斑马线点云的有效分离，克服了噪声点云干扰的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于点云扫描线的斑马线角点提取方法及系统
本专利技术涉及路面标线检测
，尤其涉及一种基于点云扫描线的斑马线角点提取方法及系统。
技术介绍
斑马线是城市管理与建设的重要基础设施，斑马线的自动识别与提取在城市基础地理信息更新中具有重要意义，可大幅提高数据更新效率，为智慧城市的管理奠定基础；同时随着无人驾驶技术的发展，道路标线的自动化识别与提取已成为刚需。考虑到斑马线的几何形状多为规则矩形，因此，斑马线角点的定位与识别就变得至关重要。目前，国内外对于道路标线的检测正在实现由人工测量到车载移动测量的转变。这种转变大大减少了外业工作强度，可以在不影响行车安全的情况下快速获取海量路面点云数据，为公路养护管理提供数据支撑。专利技术人在实现本专利技术的过程中，发现现有方法存在如下不足：斑马线信息的提取多采用图像法，此类方法结合数字图像处理技术分离出斑马线像元，从而对斑马线进行定位，但受制于图像自身的分辨率，且精度不高。此外，其他基于点云提取斑马线的方法也极易受到噪声点的干扰，影响提取结果。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种基于点云扫描线的斑马线角点提取方法及系统，实现了斑马线点云与非斑马线点云的有效分离，以点云扫描线为基本研究单元，结合频率分布直方图进行统计分析，剔除了无效的扫描线，最终保留了位于斑马线长边之上的点云对其进行直线拟合成功定位斑马线长边，有效克服了噪声点云干扰的问题。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：第一方面，本专利技术的实施例提供了一种基于点云扫描线的斑马线角点提取方法，包括：提取包含完整斑马线的点云，统计每个点云的回波反射强度值，并计算最优点云二值化强度分割阈值，以区分斑马线点云与非斑马线点云；计算同一条扫描线上相距最远的两个斑马线点云之间的水平距离，遍历所有扫描线以生成的频率分布直方图；滤除噪声点，获取位于斑马线长边附近的边缘点；通过对边缘点进行直线拟合获取斑马线的长边直线方程SL1、SL2；创建扫描线移动判别窗口以遍历所有扫描线，获取斑马线首尾边缘处的扫描线，通过对目标扫描线上的点云进行直线拟合得到扫描线所在直线方程L1、L2；根据获取的直线结合斑马线的矩形特征，计算斑马线的角点坐标。作为进一步的实现方式，首先将所有点云的回波反射强度值归一化到设定强度区间内，统计强度区间中每个强度值在点云集合内出现的频数，同时计算每个强度值的频率；然后遍历所述强度区间，将每次遍历结果作为临时分割阈值t；当分隔阈值为t时，计算类间方差g。作为进一步的实现方式，当且仅当类间方差g取得最大值时，其对应的回波反射强度值即为最优二值化分割阈值T；当点云的回波反射强度值大于T时，则认为是斑马线点云，反之，认为是非斑马线点云。作为进一步的实现方式，对目标点云采用RANSAC算法进行直线拟合，得到斑马线长边方程SL1、SL2；以斑马线长边为约束，创建包含k条相邻扫描线的移动判别窗口，窗口以k条扫描线为步长并沿着扫描线索引id增大的方向移动。作为进一步的实现方式，在遍历过程中计算位于窗口内的扫描线上斑马线点云所占的百分比，同时设定相应的判别条件，用于获取斑马线首尾边缘处的扫描线。作为进一步的实现方式，在遍历扫描线过程中，当且仅当百分比ω的最大值与最小值之差近似为1时，表明该判别窗口已经移动至斑马线的短边边缘处。作为进一步的实现方式，计算直线L1与斑马线长边直线SL1的两个交点P1、P2，计算直线L2与斑马线长边SL2的两个交点P3、P4；并计算P1和P2的中点P12、P3和P4的中点P34；分别过P12和P34作垂直于SL1的直线SS1、SS2，直线SS1、SS2、SL1、SL2的交点即为斑马线的角点。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种基于点云扫描线的斑马线角点提取系统，包括：点云区分模块，用于提取包含完整斑马线的点云，统计每个点云的回波反射强度值，并计算最优点云二值化强度分割阈值，以区分斑马线点云与非斑马线点云；斑马线长边获取模块，用于计算同一条扫描线上相距最远的两个斑马线点云之间的水平距离，遍历所有扫描线以生成的频率分布直方图；滤除噪声点，获取位于斑马线长边附近的边缘点；并对边缘点进行直线拟合，计算斑马线的长边直线方程；斑马线短边边缘处扫描线获取模块，用于创建扫描线移动判别窗口以遍历所有扫描线，获取斑马线首尾边缘处的扫描线，并对目标扫描线上的点云进行直线拟合，得到直线方程；斑马线角点坐标计算模块，用于根据获取的直线结合斑马线的矩形特征，计算斑马线的角点坐标。第三方面，本专利技术实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的基于点云扫描线的斑马线角点提取方法。第四方面，本专利技术实施例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，该程序被处理器执行时实现所述的基于点云扫描线的斑马线角点提取方法。上述本专利技术的实施例的有益效果如下：(1)本专利技术的一个或多个实施方式将OTSU算法引入到点云数据处理中，计算最优点云回波反射强度二值化分割阈值，实现斑马线点云与非斑马线点云的有效分离，克服了人工设定分割阈值造成分离结果不稳健的问题；(2)本专利技术的一个或多个实施方式以点云扫描线为基本研究单元，结合频率分布直方图进行统计分析，剔除了无效的扫描线，最终保留了位于斑马线长边之上的点云对其进行直线拟合成功定位斑马线长边，有效克服了噪声点云干扰的问题；(3)本专利技术的一个或多个实施方式结合所获取的目标直线的几何特征进行二次判定，可适应多种行车环境下的斑马线角点提取，适用于实际道路复杂多变的情况。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术根据一个或多个实施方式的流程图；图2是本专利技术根据一个或多个实施方式的OTSU算法确定最优点云强度二值化分割阈值原理示意图；图3为本专利技术根据一个或多个实施方式的斑马线点云初步分离结果图；图4为本专利技术根据一个或多个实施方式的同一条扫描线上斑马线长度计算示意图；图5(a)-图5(b)为本专利技术根据一个或多个实施方式的统计分析确定斑马线长边直线方程示意图；图6(a)-图6(b)为本专利技术根据一个或多个实施方式的移动窗口法搜索斑马线短边边缘处扫描线示意图；图7为本专利技术根据一个或多个实施方式的斑马线短边提取示意图；图8为本专利技术根据一个或多个实施方式的斑马线角点坐标计算示意图；图9为本专利技术根据一个或多个实施方式的斑马线角点提取结果图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于点云扫描线的斑马线角点提取方法，其特征在于，包括：/n提取包含完整斑马线的点云，统计每个点云的回波反射强度值，并计算最优点云二值化强度分割阈值，以区分斑马线点云与非斑马线点云；/n计算同一条扫描线上相距最远的两个斑马线点云之间的水平距离，遍历所有扫描线以生成的频率分布直方图；滤除噪声点，获取位于斑马线长边附近的边缘点；通过对边缘点进行直线拟合获取斑马线的长边直线方程SL1、SL2；/n创建扫描线移动判别窗口以遍历所有扫描线，获取斑马线首尾边缘处的扫描线，通过对目标扫描线上的点云进行直线拟合得到直线方程L1、L2；/n根据获取的直线结合斑马线的矩形特征，计算斑马线的角点坐标。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于点云扫描线的斑马线角点提取方法，其特征在于，包括：
提取包含完整斑马线的点云，统计每个点云的回波反射强度值，并计算最优点云二值化强度分割阈值，以区分斑马线点云与非斑马线点云；
计算同一条扫描线上相距最远的两个斑马线点云之间的水平距离，遍历所有扫描线以生成的频率分布直方图；滤除噪声点，获取位于斑马线长边附近的边缘点；通过对边缘点进行直线拟合获取斑马线的长边直线方程SL1、SL2；
创建扫描线移动判别窗口以遍历所有扫描线，获取斑马线首尾边缘处的扫描线，通过对目标扫描线上的点云进行直线拟合得到直线方程L1、L2；
根据获取的直线结合斑马线的矩形特征，计算斑马线的角点坐标。


2.根据权利要求1所述的一种基于点云扫描线的斑马线角点提取方法，其特征在于，首先将所有点云的回波反射强度值归一化到设定强度区间内，统计强度区间中每个强度值在点云集合内出现的频数，同时计算每个强度值的频率；
然后遍历所述强度区间，将每次遍历结果作为临时分割阈值t；当分隔阈值为t时，计算类间方差g。


3.根据权利要求2所述的一种基于点云扫描线的斑马线角点提取方法，其特征在于，当且仅当类间方差g取得最大值时，其对应的回波反射强度值即为最优二值化分割阈值T；当点云的回波反射强度值大于T时，则认为是斑马线点云，反之，认为是非斑马线点云。


4.根据权利要求1所述的一种基于点云扫描线的斑马线角点提取方法，其特征在于，对目标点云采用RANSAC算法进行直线拟合，得到斑马线长边方程SL1、SL2；以斑马线长边为约束，创建包含k条相邻扫描线的移动判别窗口，窗口以k条扫描线为步长并沿着扫描线索引id增大的方向移动。


5.根据权利要求4所述的一种基于点云扫描线的斑马线角点提取方法，其特征在于，在遍历过程中计算位于窗口内的扫描线上斑马线点云所占的百分比，同时设定相应的判别条件，用于获取斑马线首尾边缘处的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱二巧，翟成森，王超，唐佑辉，刘斌，王骞颍，许鹏，
申请(专利权)人：山东省国土测绘院，
类型：发明
国别省市：山东;37