3D点云自动标定方法技术

本发明专利技术公开了3D点云自动标定方法，S1：输入点云，进行预处理；S2：根据空间变换矩阵和平移转换向量对点云姿态空间变换；S3：转换后的点云投影XY平面，生成平面图；S4：拟合曲线寻找轨道组，生成对应曲线公式；S5：将曲线公式转换到3D空间；S6：获取轨道线范围内全部点云；S7：计算点云聚合线间距和平滑度；S8：符合轨道特征的曲线的点云拟合空间平面；S9：计算拟合平面与XY、XZ平面的夹角。空间变换矩阵和平移转换向量对点云进行姿态空间变换，对转换后的点云投影XY平面，生成对应的曲线公式，将曲线公式转换到3D空间，计算拟合平面与XY、XZ平面的夹角，整个过程不需要人工手动参与，不依赖标定人的操作经验，保证标定的一致性。保证标定的一致性。保证标定的一致性。

【技术实现步骤摘要】
3D点云自动标定方法


[0001]本专利技术涉及点云标定
，特别是3D点云自动标定方法。

技术介绍

[0002]对原始点云数据进行标定(建立合理的坐标系)，是3D点云检测算法的基础。合理的坐标系不仅让点云更加直观、便于人眼识别，同时也会降低检测算法的设计难度，提升检测性能。一般的做法是通过点云观察软件，通过分别设定原始点云x、y、z偏移以及x轴、y轴、z轴旋转偏移，使原始点云在调整后的坐标系中的状态与真实环境中观察到的状态保持一致。整个过程需要人工手动调整，费力费时。调整的结果与操作人员的经验和状态密切相关，很难保证标定的一致性。经过专利技术人长期研究，专利技术了3D点云自动标定方法，本专利技术是针对铁路沿线进行应用的。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供3D点云自动标定方法。
[0004]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：3D点云自动标定方法，包括以下步骤：
[0005]S1：输入原始点云，对输入的点云进行预处理；
[0006]S2：根据空间变换矩阵和平移转换向量对点云进行姿态空间变换；
[0007]S3：对转换后的点云投影到XY平面，并生成2D平面图，对图像进行处理；
[0008]S4：通过拟合曲线寻找轨道组，并生成对应的曲线公式；
[0009]S5：将曲线公式转换到3D空间，Z值取任意固定值；
[0010]S6：获取轨道线范围内全部点云，并对点云进行过滤噪声处理；
[0011]S7：计算点云聚合线间距和线的平滑度，将不符合轨道特征的曲线删除，符合轨道特征的曲线的点云计算轨道中心距，获得平移转换向量并更新；
[0012]S8：符合轨道特征的曲线的点云利用C
‑
SET拟合空间平面；
[0013]S9：计算拟合平面与XY、XZ平面的夹角，当夹角小于阈值0.001
°
时，则停止迭代，结束自动标定，否则，更新空间变换矩阵，进行下一轮迭代。
[0014]优选的，步骤S1中，输入原始点云后，初始化空间变换矩阵R
Matrix
和平移转换向量T
Vector
，
[0015][0016]为三维度单位矩阵；
[0017]T
Vector
＝[t
x t
y 0]；
[0018]其中，t
x
为横向平移距离，t
y
为纵向平移距离。
[0019]优选的，步骤S1中，对输入的点云进行过滤噪点处理。
[0020]优选的，步骤S2中，用所述步骤S7和所述步骤S9迭代更新的R
Matrix
和T
Vector
对点云进行姿态空间变换。
[0021]优选的，步骤S3中，对图像进行均值滤波、边缘检测处理、转灰度图处理。
[0022]优选的，步骤S4中，当铁路轨道为直轨时，拟合曲线公式为：
[0023]x*cosθ+y*sinθ＝r；
[0024]其中(x，y)为直线上的任意点坐标，r为原点到直线的距离，θ为π/2和直线与x轴反向夹角的差值。
[0025]优选的，步骤S4中，当铁路轨道为圆弧轨时，拟合曲线公式为：
[0026](x
‑
A)2+(y
‑
B)2＝r2；
[0027]其中，(x，y)为圆弧上的任意点坐标，(A，B)为圆心坐标，r为圆弧半径。
[0028]优选的，步骤S6中，获取轨道线10cm内的点云。
[0029]优选的，步骤S7中，点云聚合线间距的计算公式为：
[0030]Dis＝fabs(r1‑
r2)Dis∈[1.3,1.5]m；
[0031]其中，Dis为聚合线间距离，当铁路轨道为直轨时，r1和r2分别为原点到两条直线间距离；当铁路轨道为圆弧轨时，r1和r2分别为同心圆半径；计算各条点云聚合线的标准差：
[0032]Var＝sqrt(((x1‑
mean)2+(x2‑
mean)2+
…
+(x
n
‑
mean)2)/(n
‑
1))；
[0033]mean＝(x1+x2+
…
+x
n
)/n；
[0034]其中，x1、x2和x
n
为各个点的某个统一维度坐标值，每条线的标准差var＜0.5f和每组轨道组的标准差值dvar＜0.1f；符合轨道特征的曲线的点云计算轨道中心距，
[0035]C
Pos
＝(r1+r2)/2；
[0036]其中，当铁路轨道为直轨时，r1和r2分别为原点到两条直线间距离；当铁路轨道为圆弧轨时，r1和r2分别为同心圆半径。
[0037]优选的，步骤S9中，计算拟合平面与XY、XZ平面的夹角，并更新空间变换矩阵R
Matrix
。
[0038]本专利技术具有以下优点：本专利技术通过空间变换矩阵和平移转换向量对点云进行姿态空间变换，对转换后的点云投影到XY平面，并生成2D平面图，并生成对应的曲线公式，将曲线公式转换到3D空间，符合轨道特征的曲线附近的点云拟合空间平面，计算拟合平面与XY、XZ平面的夹角，当夹角小于阈值0.001
°
时，则停止迭代，结束自动标定，整个过程不需要辅助道具，且不需要人工手动参与，不依赖标定人的操作经验，保证标定的一致性。
附图说明
[0039]图1为3D点云自动标定方法流程的结构示意图；
[0040]图2为原始点云自动标定前项视的结构示意图；
[0041]图3为自动标定后项视的结构示意图；
[0042]图4为原始点云自动标定前前视的结构示意图；
[0043]图5为自动标定后前视的结构示意图；
[0044]图6为原始点云自动标定前侧视的结构示意图；
[0045]图7为自动标定后侧视的结构示意图；
具体实施方式
[0046]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施
方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0047]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0048]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
[0049]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.3D点云自动标定方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：输入原始点云，对输入的点云进行预处理；S2：根据空间变换矩阵和平移转换向量对点云进行姿态空间变换；S3：对转换后的点云投影到XY平面，并生成2D平面图，对图像进行处理；S4：通过拟合曲线寻找轨道组，并生成对应的曲线公式；S5：将曲线公式转换到3D空间，Z值取任意固定值；S6：获取轨道线范围内全部点云，并对点云进行过滤噪声处理；S7：计算点云聚合线间距和线的平滑度，将不符合轨道特征的曲线删除，符合轨道特征的曲线的点云计算轨道中心距，获得平移转换向量并更新；S8：符合轨道特征的曲线的点云利用C
‑
SET拟合空间平面；S9：计算拟合平面与XY、XZ平面的夹角，当夹角小于阈值0.001
°
时，则停止迭代，结束自动标定，否则，更新空间变换矩阵，进行下一轮迭代。2.根据权利要求1所述的3D点云自动标定方法，其特征在于：所述步骤S1中，输入原始点云后，初始化空间变换矩阵R
Matrix
和平移转换向量T
Vector
，为三维度单位矩阵；T
Vector
＝[t
x t
y 0]；其中，t
x
为横向平移距离，t
y
为纵向平移距离。3.根据权利要求2所述的3D点云自动标定方法，其特征在于：所述步骤S1中，对输入的点云进行过滤噪点处理。4.根据权利要求3所述的3D点云自动标定方法，其特征在于：所述步骤S2中，用所述步骤S7和所述步骤S9迭代更新的R
Matrix
和T
Vector
对点云进行姿态空间变换。5.根据权利要求1所述的3D点云自动标定方法，其特征在于：所述步骤S3中，对图像进行均值滤波、边缘检测处理、转灰度图处理。6.根据权利要求5所述的3D点云自动标定方法，其特征在于：所述步骤S4中，当铁路轨...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙正宗，周广勇，余位驰，袁海东，
申请(专利权)人：成都极客通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：