一种三维声纳点云数据的帧内编解码方法技术

本发明专利技术公开了一种三维声纳点云数据的帧内编解码方法，包括：编码操作：对三维声纳点云的位置数据进行可变体素分辨率体素化处理后，保留每个单位体素内1个重复点，并对位置数据进行八叉树编码；对于三维声纳点云数据的强度属性信息，结合单位体素内重复点个数组成体素属性信息；对八叉树编码结果和量化处理后的体素属性信息进行算数编码，得到编码结果；解码操作：对编码结果进行算数解码得到八叉树编码结果和体素属性信息；对八叉树编码结果进行八叉树解码后，根据可变体素分辨率重构点云数据，根据体素属性信息随机重构重复点；对体素属性信息反量化处理，得到点云的强度属性信息。该方法具有压缩效率高、编解码速度快、数据还原质量高的优点。还原质量高的优点。还原质量高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种三维声纳点云数据的帧内编解码方法


[0001]本专利技术属于三维点云编解码
，具体涉及一种三维声纳点云数据的帧内编解码方法。

技术介绍

[0002]三维声纳系统通过水下声学传感器接收回波数据，并对回波数据进行信号实时处理得到原始水下三维声纳点云数据，再通过水密电缆将三维声纳点云数据传输给水上处理系统并在显示设备实时显示。
[0003]由于水下三维声纳设备信号处理之后产生的原始三维声纳点云数据量庞大，如果传输原始三维声纳点云数据对网络传输性能的要求比较苛刻，而且无法保证声纳图像的实时显示。因此，亟需适当的编解码方式对三维声纳点云数据进行编解码，实现三维声纳点云数据的高效传输。
[0004]目前大部分的三维声纳点云数据压缩方案采用基于视频的压缩算法，该基于视频的压缩算法是将三维声纳点云数据以补丁的形式投影到二维域并生成视频序列，然后将视频序列通过传统视频压缩进行压缩，然而这种基于投影的压缩算法只适用于密集的点云数据。而三维声纳点云数据通过嵌入在声纳设备的声波传感器接收再进行信号处理，探测目标一般为海底地貌或者海洋生物等，因此三维声纳点云数据较为稀疏，并不适用于基于视频的压缩算法。
[0005]专利文献CN111899152A公开了一种基于投影及视频拼接的点云数据压缩方法，包括：分析点云数据的几何属性特征确定相应的投影策略，确定最优的投影角度；对同一投影角度的投影区域多次投影得到由同一角度的一组具有空间相关性的二维图片；将一组二维图片拼接为视频文件。该方式适用于密集的点云数据，并不适用于海底三维声纳点云数据的压缩。
[0006]专利文献CN112530015A公开了一种基于空间结构特征的点云数据压缩存储方法，包括：点云数据的空间结构特征确定点云数据的基本形状种类；根据点云数据的基本形状种类预先构建与之对应的三维矢量基件；，通过预先构建的矢量基件来拟合目标点云数据；编辑矢量基件的色彩信息，将对应的矢量基件按照点要素、线要素、面要素的方式，保存为三维矢量图格式，该方式结合的是点云的空间结构特征，跟适用于密集的点云数据，同样也并不适用于海底三维声纳点云数据的压缩。

技术实现思路

[0007]鉴于上述，本专利技术的目的在于提供一种三维声纳点云数据的帧内编解码方法，该帧内编解码方法适用于三维声纳点云数据的分布特点，具有压缩效率高、编解码速度快、数据还原质量高的优点。
[0008]为实现上述专利技术目的，实施例提供了一种三维声纳点云数据的帧内编解码方法，包括以下步骤：
[0009]编码操作：获取每帧三维声纳点云数据，根据可变体素分辨率对三维声纳点云的位置数据进行体素化处理后，认为每个单位体素内的所有点均为重复点，保留每个单位体素内1个重复点，并对体素空间内的位置数据进行八叉树编码；对于三维声纳点云数据的强度属性信息，结合单位体素内重复点个数组成体素属性信息并经过量化处理；对八叉树编码结果和量化处理后的体素属性信息进行算数编码，得到编码结果；
[0010]解码操作：对编码结果进行算数解码得到八叉树编码结果和体素属性信息；对八叉树编码结果进行八叉树解码后，根据可变体素分辨率重构三维声纳点云数据，根据体素属性信息随机重构每个单位体素内的重复点；对体素属性信息反量化处理，得到三维声纳点云数据的强度属性信息。
[0011]优选地，获取的每帧三维声纳点云数据，由声纳波束阵列形成，是介于2维与3维之间的非结构化点云数据，点属性信息为强度属性信息。
[0012]优选地，所述根据可变体素分辨率对三维声纳点云的位置数据进行体素化处理，包括：
[0013]确定体素分辨率突变的临界平面，以使临界平面两侧的单位体素数量的分布尽可能对称，其中，临界平面为三维空间内的二维平面，临界平面的法向量为体素分辨率梯度向量，且临界平面两侧体素分辨率不同；
[0014]根据声纳探测范围以及体素分辨率突变的临界平面确定体素空间原点，采用可变体素分辨率为单位长度设置坐标轴，构建体素空间，该体素空间的近场体素分辨率高、远场体素分辨率低，其中，体素分辨率突变的临界平面划分声纳探测范围为近场和远场，包含声纳原点的一侧为近场，不包含声纳原点的一侧为远场；
[0015]利用构建的体素空间对三维声纳点云的位置数据进行体素化处理。
[0016]优选地，在删除每个单位体素内的重复点时，保留重复点个数作为三维声纳点云数据的属性信息。
[0017]优选地，对体素空间内的位置数据进行八叉树编码时，采用条件熵公式根据已编码的父节点占位情况对子节点进行编码，以提高八叉树编码压缩效率。
[0018]优选地，所述体素属性信息包括单位体素内重复点个数、每个单位体素内所有点云的强度平均值和强度方差。即点云的位置数据经体素化之后将单位体素中重复点个数作为属性信息之一，与同一单位体素内的所有点云强度平均值以及强度方差值组合，构造体素属性信息。
[0019]优选地，所述根据体素属性信息随机重构每个单位体素内的重复点，包括：
[0020]对于含有重复点的单位体素，读取重复点个数N并采用随机撒粒子的方式将N个重复点均匀撒在对应单位体素的空间内，重构N个重复点。
[0021]优选地，所述对体素属性信息反量化处理，包括：
[0022]读取体素属性信息中单位体素内重复点个数N，并以每个单位体素的强度均值、强度方差值计算高斯概率分布，构造N个符合高斯概率分布的强度值作为对应单位体素内点云的属性值。
[0023]与现有技术相比，具有的有益效果至少包括：
[0024]实施例提供的三维声纳点云数据的帧内编解码方法，通过针对每帧数据进行编码和解码的方式，可以在保证三维图像还原度高的条件下实现三维点云数据的压缩编解码，
缓解三维点云数据的网络传输压力，且更加符合三维声纳图像的成像特点，具有十分重要的工程使用价值。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0026]图1是实施例提供的三维声纳系统；
[0027]图2是实施例提供的基于三维声纳点云数据的帧内编解码方法的流程图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本专利技术进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术的保护范围。
[0029]经研究分析，三维声纳系统获得的三维声纳点云数据具有稀疏的特性。基于几何的压缩算法直接在三维空间中对点云数据进行预处理和压缩，通常是将点云进行空间结构划分，并对几何位置和属性信息分别进行编码，该方式更适合对三维声纳点云数据进行压缩。基于以上研究分析，实施例提供了一种三维声纳点云数据的帧内编解码方法，通过几何的压缩方式，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维声纳点云数据的帧内编解码方法，其特征在于，包括以下步骤：编码操作：获取每帧三维声纳点云数据，根据可变体素分辨率对三维声纳点云的位置数据进行体素化处理后，认为每个单位体素内的所有点均为重复点，保留每个单位体素内1个重复点，并对体素空间内的位置数据进行八叉树编码；对于三维声纳点云数据的强度属性信息，结合单位体素内重复点个数组成体素属性信息并经过量化处理；对八叉树编码结果和量化处理后的体素属性信息进行算数编码，得到编码结果；解码操作：对编码结果进行算数解码得到八叉树编码结果和体素属性信息；对八叉树编码结果进行八叉树解码后，根据可变体素分辨率重构三维声纳点云数据，根据体素属性信息随机重构每个单位体素内的重复点；对体素属性信息反量化处理，得到三维声纳点云数据的强度属性信息。2.根据权利要求1所述的三维声纳点云数据的帧内编解码方法，其特征在于，获取的每帧三维声纳点云数据，由声纳波束阵列形成，是介于2维与3维之间的非结构化点云数据，点属性信息为强度属性信息。3.根据权利要求1所述的三维声纳点云数据的帧内编解码方法，其特征在于，所述根据可变体素分辨率对三维声纳点云的位置数据进行体素化处理，包括：确定体素分辨率突变的临界平面，以使临界平面两侧的单位体素数量的分布尽可能对称，其中，临界平面为三维空间内的二维平面，临界平面的法向量为体素分辨率梯度向量，且临界平面两侧体素分辨率不同；根据声纳探测范围以及体素分辨率突变的临界平面确定体素空间原点，采用可变体素分辨率为...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾梦奇，林怡格，
申请(专利权)人：苏州联视泰电子信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：