基于激光雷达通道线扫描特点的光子点云去噪方法和系统技术方案

本发明专利技术给出了一种基于激光雷达通道线扫描特点的光子点云去噪方法和系统，包括：计算每个光子点的k密度值；去除k密度值大于第一阈值的光子点；计算各个投影点及最近投影点之间的斜率；计算激光雷达通道探测方向的斜率；将第一剩余光子点沿激光雷达通道探测方向进行区间划分；计算每个区间长度；计算每个区间内最小k密度值对应的第一剩余光子点到其他第一剩余光子点的欧式距离；并将每个区间内欧式距离大于第二阈值的第一剩余光子点去除；提取出区间长度大于2倍第二阈值的区间；并计算每个提取区间每个第二剩余光子点的平均欧式距离；将每个提取区间内平均欧式距离大于第三阈值的第二剩余光子点去除。本发明专利技术能够有效地实现信噪分离。信噪分离。信噪分离。

【技术实现步骤摘要】
基于激光雷达通道线扫描特点的光子点云去噪方法和系统


[0001]本专利技术属于激光雷达
，具体涉及一种基于激光雷达通道线扫描特点的光子点云去噪方法和系统。

技术介绍

[0002]激光雷达是以激光器为辐射源，可以精准探测目标距离、位置、运动轨迹，测量目标的散射截面和形状等。但常规激光雷达采用工作在线性雪崩增益模式下的半导体探测器，因其探测阈值较高，需要接收足够多的回波光子才能获得回波信号，因此激光雷达在探测远距离物体时，需要大功率、低重频的激光器提供能量驱动，由此导致了传统激光雷达在体积上、探测距离上以及对远小目标的探测精度上存在较大的问题。
[0003]光子计数激光雷达是采用光电倍增管、工作在盖革模式下的雪崩光电二极管等具有单光子灵敏度的探测器作为接收器件的激光雷达,其探测灵敏度较传统体制激光雷达高2
‑
3个数量级。单光子探测器具有高灵敏度、快响应速度和高的总体探测概率的特点，可以检测到光子级别的微弱回波信号，但因此在探测过程中也引入了大量的噪声。
[0004]目前已经提出的一些光子去噪算法，如数据栅格化去噪处理，利用随机森林进行滤波，基于空间密度进行去噪以及基于局部统计分析进行去噪等算法。这些算法对于去除光子噪声有一定效果，但也存在一定的缺陷，如未考虑噪声分布不均匀的情况，去噪精度不是很高，选取的参数需要数据先验知识或依靠以往经验，普适性较差。
[0005]综上所述，光子雷达相比于激光雷达在性能上具有显著的优点，在全球范围内各个领域将会有普遍应用，但光子探测数据含有极多的噪声点，其应用也受到一定的限制。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一，在于提供一种基于激光雷达通道线扫描特点的光子点云去噪方法，该方法能够有效地实现信噪分离，完整的保留信号点，且参数自适应能力强。
[0007]本专利技术的目的之二，在于提供一种基于激光雷达通道线扫描特点的光子点云去噪方法系统。
[0008]为了达到上述目的之一，本专利技术采用如下技术方案实现：一种基于激光雷达通道线扫描特点的光子点云去噪方法，所述光子点云去噪方法包括如下步骤：步骤一、获取多个光子点数据；并计算每个光子点分别到k个临近光子点的欧式距离；并将最大欧式距离作为对应光子点的k密度值；步骤二、将k密度值大于第一阈值的光子点去除，得到第一剩余光子点；步骤三、将第一剩余光子点投影到飞行轨迹剖面，得到各个第一剩余光子点对应的投影点后获取每个投影点对应的最近投影点；并计算各个投影点及对应的最近投影点之间的斜率；步骤四、根据各个投影点及对应的最近投影点之间的斜率，计算激光雷达通道探
测方向的斜率；步骤五、根据激光雷达通道探测方向的斜率，将第一剩余光子点沿激光雷达通道探测方向进行区间划分；步骤六、计算每个区间内任意两个第一剩余光子点的欧式距离并将最大欧式距离作为对应区间长度；步骤七、根据光子点的k密度值，从每个区间内选取出最小k密度值对应的第一剩余光子点；步骤八、计算每个区间内最小k密度值对应的第一剩余光子点到其它第一剩余光子点之间的欧式距离；并将每个区间内欧式距离大于第二阈值的其它第一剩余光子点去除，得到对应区间的第二剩余光子点；步骤九、提取出区间长度大于2倍第二阈值的区间并记为提取区间；并计算每个提取区间每个第二剩余光子点到各个临近第二剩余光子点的欧式距离后求均值，得到对应第二剩余光子点的平均欧式距离；步骤十、将每个提取区间内平均欧式距离大于第三阈值的第二剩余光子点去除。
[0009]进一步的，步骤二中，所述第一阈值为所有光子点的k密度值的均值。
[0010]进一步的，步骤三中，所述投影点与其对应的最近投影点满足如下条件：投影点与其对应的最近投影点不重合且距离最小；投影点与其对应的最近投影点的斜率位于预先设定阈值范围之外。
[0011]进一步的，步骤四中，所述计算激光雷达通道探测方向的斜率的具体过程为：步骤41、统计位于正负斜率阈值范围之外的第一斜率总数和位于正负斜率阈值范围内的第二斜率总数；步骤42、判断第一斜率总数是否大于1/2倍的第一斜率总数和第二斜率总数之和，如是，则激光雷达通道探测方向的斜率为垂直，进入步骤五；如否，则进入步骤43；步骤43、将正负斜率阈值范围进行均匀分段并统计各个分段内的斜率数；并计算每个分段内的斜率数与第二斜率总数的比值；步骤44、判断第二斜率总数中正斜率数量是否大于负斜率数量，如是，则激光雷达通道探测方向为各个分段的右边界值乘以对应分段对应的上述比值后的和值；如否，则激光雷达通道探测方向为各个分段的左边界值乘以对应分段对应的上述比值后的和值。
[0012]进一步的，步骤五中，所述区间划分的过程为：步骤51、从第一剩余光子点中选取一个第一剩余光子点；步骤52、将所选取的第一剩余光子点代入斜率为激光雷达通道探测方向的斜率的直线方程中，得到对应剩余光子点直线；步骤53、将距离剩余光子点直线一定距离内的第一剩余光子点划分到同一个区间后放入到区间集中；步骤54、判断是否还有第一剩余光子点未进行区间划分，如有，则从未进行区间划分的第一剩余光子点中选取一个第一剩余光子点，返回步骤52；如否，则结束。
[0013]进一步的，步骤八中，所述第二阈值为：avgD=(D1+D2+
…
+D
l
+
…
+D
L
)/L；avgd=(d1+d2+
…
+d
n
+
…
+d
N
)/N；
其中，avgD为第二阈值；D
l
为区间长度小于avgd的第l个区间长度；d
n
为第n个区间长度；n=1，2，
…
，N，l=1，2，
…
，L，N和L分别为区间总数量和区间长度小于avgd的区间数量。
[0014]进一步的，步骤十中，所述三阈值为：Avgb3
t
=avgb
t
+2*stab
t
；avgb
t
=(b
t，1
+b
t，2
+
…
+b
t，g
+
…
+b
t,G
)/G；；b
t,g
=(dist
t，g，1
+dist
t，g，2
+
…
+dist
t，g，r
+
…
+dist
t，g，R
)/R；其中，avgb3
t
为第t个提取区间的第三阈值；avgb
t
和stab
t
分别为第t个提取区间内所有第二剩余光子点的平均欧式距离的均值和标准差；b
t，g
为第t个提取区间内第g个第二剩余光子点的平均欧式距离；dist
t，g，r
为第t个提取区间内第g个第二剩余光子点和第r个临近第二剩余光子点之间的欧式距离；g=1，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达通道线扫描特点的光子点云去噪方法，其特征在于，所述光子点云去噪方法包括如下步骤：步骤一、获取多个光子点数据；并计算每个光子点分别到k个临近光子点的欧式距离；并将最大欧式距离作为对应光子点的k密度值；步骤二、将k密度值大于第一阈值的光子点去除，得到第一剩余光子点；步骤三、将第一剩余光子点投影到飞行轨迹剖面，得到各个第一剩余光子点对应的投影点后获取每个投影点对应的最近投影点；并计算各个投影点及对应的最近投影点之间的斜率；步骤四、根据各个投影点及对应的最近投影点之间的斜率，计算激光雷达通道探测方向的斜率；步骤五、根据激光雷达通道探测方向的斜率，将第一剩余光子点沿激光雷达通道探测方向进行区间划分；步骤六、计算每个区间内任意两个第一剩余光子点的欧式距离并将最大欧式距离作为对应区间长度；步骤七、根据光子点的k密度值，从每个区间内选取出最小k密度值对应的第一剩余光子点；步骤八、计算每个区间内最小k密度值对应的第一剩余光子点到其它第一剩余光子点之间的欧式距离；并将每个区间内欧式距离大于第二阈值的其它第一剩余光子点去除，得到对应区间的第二剩余光子点；步骤九、提取出区间长度大于2倍第二阈值的区间并记为提取区间；并计算每个提取区间每个第二剩余光子点到各个临近第二剩余光子点的欧式距离后求均值，得到对应第二剩余光子点的平均欧式距离；步骤十、将每个提取区间内平均欧式距离大于第三阈值的第二剩余光子点去除。2.根据权利要求1所述的光子点云去噪方法，其特征在于，步骤二中，所述第一阈值为所有光子点的k密度值的均值。3.根据权利要求1所述的光子点云去噪方法，其特征在于，步骤三中，所述投影点与其对应的最近投影点满足如下条件：投影点与其对应的最近投影点不重合且距离最小；投影点与其对应的最近投影点的斜率位于预先设定阈值范围之外。4.根据权利要求1~3中任意一项所述的光子点云去噪方法，其特征在于，步骤四中，所述计算激光雷达通道探测方向的斜率的具体过程为：步骤41、统计位于正负斜率阈值范围之外的第一斜率总数和位于正负斜率阈值范围内的第二斜率总数；步骤42、判断第一斜率总数是否大于1/2倍的第一斜率总数和第二斜率总数之和，如是，则激光雷达通道探测方向的斜率为垂直，进入步骤五；如否，则进入步骤43；步骤43、将正负斜率阈值范围进行均匀分段并统计各个分段内的斜率数；并计算每个分段内的斜率数与第二斜率总数的比值；步骤44、判断第二斜率总数中正斜率数量是否大于负斜率数量，如是，则激光雷达通道探测方向的斜率为各个分段的右边界值乘以对应分段对应的上述比值后的和值；如否，则
激光雷达通道探测方向的斜率为各个分段的左边界值乘以对应分段对应的上述比值后的和值。5.根据权利要求1~3中任意一项所述的光子点云去噪方法，其特征在于，步骤五中，所述区间划分的过程为：步骤51、从第一剩余光子点中选取一个第一剩余光子点；步骤52、将所选取的第一剩余光子点代入斜率为激光雷达通道探测方向的斜率的直线方程中，得到对应剩余光子点直线；步骤53、将距离剩余光子点直线一定距离内的第一剩余光子点划分到同一个区间后放入到区间集中；步骤54、判断是否还有第一剩余光子点未进行区间划分，如有，则从未进行区间划分的第一剩余光子点中选取一个第一剩余光子点，返回步骤52；如否，则结束。6.根据权利要求1~3中任意一项所述的光子点云去噪方法，其特征在于，步骤八中，所述第二阈值为：avgD=(D1+D2+
…
+D
l
+
…
+D
L
)/L；avgd=(d1+d2+
…
+d
n
+
…
+d
N
)/N；其中，avgD为第二阈值；D
l
为区间长度小于avgd的第l个区间长度；d
n
为第n个区间长度；n=1，2，
…
，N，l=1，2，
…
，L，N和L分别为区间总数量和区间长度小于avgd的区间数量。7.根据权利要求1~3中任意一项所述的光子点云去噪方法，其特征在于，步骤十中，所述三阈值为：Avgb3
t
=avgb
t
+2*stab
t
；avgb
t

【专利技术属性】
技术研发人员：赵楠翔，魏硕，胡以华，李敏乐，骆盛，方佳节，董骁，徐世龙，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：