雷射雷達航帶掃描邊界識別方法及裝置製造方法
2023-08-08 04:46:41 2
雷射雷達航帶掃描邊界識別方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明是有關於一種雷射雷達航帶掃描邊界識別方法及裝置，其中的方法包括：計算相鄰回波點數據中的雷射掃描角Sai和Sai-1的差值和差值的累計值；在判斷出差值大於零且累計值小於零的情況下或在差值小於零且累計值大於零的情況下，將Sai-1/Sai對應的回波點確定為當前雷射掃描線的結束點，且累計值清零；計算當前雷射掃描線上的各回波點與當前雷射掃描線的邊界點之間的距離，並根據距離邊界點最大的回波點來修正當前雷射掃描線的邊界點；利用修正後的邊界點的回波點數據以及第一條雷射掃描線和最後一條雷射掃描線各自的兩個邊界點之間的所有回波點數據形成雷射雷達航帶掃描邊界。本發明提高了雷射雷達航帶掃描邊界識別的準確性。
【專利說明】雷射雷達航帶掃描邊界識別方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及雷射雷達掃描技術，特別是涉及一種雷射雷達航帶掃描邊界識別方法及裝置。
【背景技術】
[0002]雷射雷達航帶掃描通常是指設置有雷射雷達掃描設備的飛行器在其飛行過程中，雷射雷達掃描設備實現掃描操作。
[0003]雷射雷達航帶掃描通常包括兩種掃描模式，即單向掃描模式和雙向掃描模式。單向掃描模式是指雷射沿著單個掃描方向進行掃描，其雷射掃描線通常為平行線。雙向掃描模式是指雷射沿著往返掃描方向進行掃描，其雷射掃描線通常為之字形或橢圓形等。
[0004]雷射雷達航帶掃描所獲得的數據通常是以點雲數據的形式存儲，一組連續的回波點(如數百個連續的回波點)形成一條雷射掃描線。點雲數據中包含有雷射掃描角信息，雷射掃描角信息通常為單位為度的整型值。在對點雲數據進行處理過程中，通常會涉及到航帶掃描邊界識別，即確定出大量點雲數據的外邊界。點雲數據的外邊界可以用於向用戶提供航帶掃描的覆蓋面積、覆蓋範圍以及航帶重疊率等信息。
[0005]現有的航帶掃描邊界識別方法通常為:通過點雲數據中的雷射掃描角是否發生突變來判斷雷射掃描線的邊界點(也可以稱為端點)，並利用第一條雷射掃描線、最後一條雷射掃描線以及各條雷射掃描線的邊界點形成點雲數據的外邊界。
[0006]發明人在實現本發明過程中發現，由於雷射脈衝的發射頻率較高，因此，在一條雷射掃描線中，I度雷射掃描角範圍內可能存在多個回波點，也就是說，一條雷射掃描線中具有相同整型值的雷射掃描角的回波點的數量為多個；這樣，在確定點雲數據的外邊界過程中，如果通過雷射掃描角的突變來判斷一條雷射掃描線的邊界點，則誤判的機率較大，從而會影響航帶掃描邊界識別的準確性；尤其是針對雙向掃描模式而言，由於前後兩條雷射掃描線的雷射掃描角在雷射掃描線的邊界點處存在重疊現象，因此雷射掃描線邊界點附近具有相同雷射掃描角的回波點數量會更多，從而準確判斷雷射掃描線邊界點的難度高於單向掃描模式。
[0007]另外，在雷射雷達航帶掃描過程中，雷射掃描方向通常垂直於航行方向，然而，在某些應用場景中，雷射掃描方向也會存在一定的入射角；這樣，在雷射掃描線中存在雷射脈衝能夠穿透的地物(如森林等)的情況下，會由於雷射脈衝存在的入射角，而可能會出現回波點位置倒置現象，即前後回波點之間的空間位置順序交錯，該現象會影響到點雲數據的外邊界識別的準確性。
[0008]有鑑於現有的雷射雷達航帶掃描邊界識別技術存在的技術問題，本發明人基於從事此類產品設計製造多年豐富的實務經驗及專業知識，並配合學理的運用，積極加以研究創新，以期創設一種雷射雷達航帶掃描邊界識別裝置以及方法，能夠解決現有的雷射雷達航帶掃描邊界識別技術所存在的問題，使其更具有實用性。經過不斷的研究設計，並經過反覆試作樣品及改進後，終於創設出確具實用價值的本發明。
【發明內容】
[0009]本發明的目的之一在於，克服現有的雷射雷達航帶掃描邊界識別技術存在的問題，而提供一種雷射雷達航帶掃描邊界識別方法及裝置，所要解決的技術問題是，提高雷射雷達航帶掃描邊界識別的準確性。
[0010]本發明的目的以及解決其技術問題可以採用以下的技術方案來實現。
[0011]依據本發明提出的一種雷射雷達航帶掃描邊界識別方法，包括:從點雲數據中順序讀取回波點數據，並計算相鄰回波點數據中的雷射掃描角Sai和Sap1的差值以及所述差值的累計值；對計算出的所述差值和所述累計值進行判斷，在判斷出所述差值大於零且所述累計值小於零的情況下或者在判斷出所述差值小於零且所述累計值大於零的情況下，將所述Sa1-^Sai對應的回波點確定為當前雷射掃描線的結束點，且所述累計值清零；根據回波點數據中的回波點位置數據計算當前雷射掃描線上的各回波點與當前雷射掃描線的邊界點之間的距離，並根據距離邊界點最大的回波點來修正當前雷射掃描線的邊界點；在獲得所有雷射掃描線修正後的邊界點的回波點數據後，利用各雷射掃描線的修正後的邊界點的回波點數據、第一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據以及最後一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據形成雷射雷達航帶掃描邊界。
[0012]依據本發明提出的一種雷射雷達航帶掃描邊界識別裝置，所述裝置包括:計算模塊，用於從點雲數據中順序讀取回波點數據，並計算相鄰回波點數據中的雷射掃描角Sai和Sai^1的差值以及所述差值的累計值；確定邊界點模塊，用於對計算出的差值和累計值進行判斷，在判斷出差值大於零且累計值小於零的情況下或者在判斷出所述差值小於零且所述累計值大於零的情況下，將所述SaiViSai對應的回波點確定為當前雷射掃描線的結束點，且所述累計值清零；優化邊界點模塊，用於根據回波點數據中的回波點位置數據計算當前雷射掃描線上的各回波點與當前雷射掃描線的邊界點之間的距離，並根據距離邊界點最大的回波點來修正當前雷射掃描線的邊界點；形成邊界模塊，用於在獲得所有雷射掃描線修正後的邊界點的回波點數據後，利用各雷射掃描線的修正後的邊界點的回波點數據、第一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據以及最後一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據形成雷射雷達航帶掃描邊界。
[0013]藉由上述技術方案，本發明的雷射雷達航帶掃描邊界識別方法及裝置至少具有下列優點及有益效果:本發明通過利用相鄰回波點數據中的雷射掃描角Sai和Sap1的差值以及多個差值的累計值來判斷雷射掃描線的結束點，並利用雷射掃描線上的各回波點與雷射掃描線的邊界點之間的距離來修正雷射掃描線的開始點/結束點，可以較準確的確定出各雷射掃描線的邊界點；從而本發明提供的技術方案可以提高雷射雷達航帶掃描邊界識別的準確性。
[0014]綜上所述，本發明在技術上有顯著的進步，並具有明顯的積極技術效果，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
[0015]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳的實施例，詳細說明如下。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明實施例一的雷射雷達航帶掃描邊界識別方法的流程圖；
[0017]圖2是本發明實施例二的雷射雷達航帶掃描邊界識別方法的流程圖；
[0018]圖3是本發明實施例三的雷射雷達航帶掃描邊界識別裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明實施例的雷射雷達航帶掃描邊界識別方法及裝置進行詳細說明。
[0020]實施例一、雷射雷達航帶掃描邊界識別方法，該方法的流程如圖1所示。
[0021]圖1中，S100、從點雲數據中順序讀取回波點數據，並計算相鄰回波點數據中的雷射掃描角Sai和Sap1的差值以及上述差值的累計值。
[0022]具體的，本實施例中的點雲數據是由雷射雷達掃描設備獲得的所有回波點數據形成的數據集合。點雲數據中的每一個回波點數據均包括:雷射掃描角以及回波點位置數據等。這裡的回波點位置數據可以為回波點二維位置數據。
[0023]本實施例可以將從點雲數據中讀取出的第一個回波點數據作為第一條雷射掃描線的開始點的回波點數據。
[0024]本實施例中的Sai表示在相鄰兩個回波點中，後一個回波點數據中的雷射掃描角，而Sap1表示前一個回波點數據中的雷射掃描角。
[0025]針對每一條雷射掃描線而言，在計算出該雷射掃描線的第一個差值之前，累計值的初始值通常為0，且每計算出一個差值，則累計值會被更新為累計值與差值之和。
[0026]S110、對上述計算出的差值和累計值進行判斷，在判斷出差值大於零且累計值小於零的情況下或者在判斷出差值小於零且累計值大於零的情況下，將Sa1-^Sai對應的回波點確定為當前雷射掃描線的結束點，且將累計值清零。
[0027]具體的，在相鄰兩個回波點中，後一個回波點數據中的雷射掃描角Sai與前一個回波點數據中的雷射掃描角Sap1的差值等於零表示這兩個相鄰的回波點具有相同的雷射掃描角Aai與Sa^1的差值大於零則表不雷射掃描角在逐漸變大；而Sai與Sa^1的差值小於零則表示雷射掃描角在逐漸變小。
[0028]在Sai與Sap1的差值大於零且當前累計值小於零的情況下，表示雷射掃描角單調變化的方向發生了改變；在Sai與Sap1的差值小於零且當前累計值大於零的情況下，同樣也表示雷射掃描角單調變化的方向發生了改變；而雷射掃描角單調變化的方向發生了改變則表示當前雷射掃描線結束。
[0029]在判斷出差值大於零且累計值小於零的情況下或者在判斷出差值小於零且累計值大於零的情況下，如果當前雷射掃描線不是最後一條雷射掃描線，則本實施例會將上述Sap1對應的回波點確定為當前雷射掃描線的結束點，如果當前雷射掃描線是最後一條雷射掃描線，則本實施例會將上述Sai對應的回波點確定為當前雷射掃描線的結束點。
[0030]由於雷射雷達航帶掃描模式可以為單向掃描模式，也可以為雙向掃描模式，因此，本實施例的點雲數據可以是基於單向掃描模式而產生的點雲數據，也可以為基於雙向掃描模式而產生的點雲數據。
[0031]對於單向掃描模式而言，本實施例除了確定出當前雷射掃描線的結束點之外，還可以確定出當前雷射掃描線的開始點；而對於雙向掃描模式而言，由於下一條雷射掃描線的開始點與當前雷射掃描線的結束點重合，因此，可以僅確定出判斷當前雷射掃描線的結束點，該結束點同時還是下一條雷射掃描線的開始點。
[0032]本實施例可以通過對當前雷射掃描線對應的上述差值的累計值與上一條雷射掃描線對應的上述差值的累計值的乘積來判斷雷射雷達航帶掃描模式，即在乘積大於零的情況下，確定出雷射雷達航帶掃描模式為單向掃描模式，在乘積小於零的情況下，確定出雷射雷達航帶掃描模式為雙向掃描模式。
[0033]在確定出雷射雷達航帶掃描模式為單向掃描模式的情況下，如果當前雷射掃描線不是最後一條雷射掃描線，則本實施例可以將上述Sai對應的回波點作為下一條雷射掃描線的開始點；對於第一條雷射掃描線來說，可以將讀取的第一個回波點數據作為第一條雷射掃描線的開始點的回波點數據。
[0034]在判斷出雷射雷達航帶掃描模式為雙向掃描模式的情況下，如果當前雷射掃描線不是最後一條雷射掃描線，則本實施例中的Sap1對應的回波點既為當前雷射掃描線的結束點，同時還為下一條雷射掃描線的開始點。
[0035]無論是單向掃描模式還是雙向掃描模式，在確定出當前雷射掃描線的結束點時，累計值應歸零，以便於針對下一條雷射掃描線的Sai與Sap1的差值進行累計計算。
[0036]S120、根據回波點數據中的回波點位置數據計算當前雷射掃描線上的各回波點與當前雷射掃描線的邊界點之間的距離，並根據距離邊界點最大的回波點來修正當前雷射掃描線的邊界點。
[0037]具體的，SllO確定出的開始點和/或結束點可能會存在一定偏差，如對於單向掃描模式而言，雷射掃描線中可能會存在由於入射角而引起空間位置倒置的回波點，因此，利用SllO確定出的開始點和結束點可能是空間位置倒置的回波點；再例如，對於雙向掃描模式而言，由於兩條相鄰的雷射掃描線在邊界點處存在多個具有相同雷射掃描角的回波點，因此，利用SllO確定出的結束點通常是下一條雷射掃描線中臨近開始點的回波點。本步驟的主要目的就是在於修正當前雷射掃描線的開始點和/或結束點，如對於單向掃描模式而言，可以在一定程度上消除由於空間位置倒置現象。
[0038]修正當前雷射掃描線的開始點的過程為:利用當前雷射掃描線中的全部回波點位置數據分別計算當前雷射掃描線上的各回波點與當前雷射掃描線的結束點之間的距離，然後，對計算出的各距離進行比較，以挑選出距離結束點最遠的回波點；本實施例將該挑選出的回波點作為最終的當前雷射掃描線的開始點。
[0039]修正當前雷射掃描線的結束點的過程為:利用當前雷射掃描線中的全部回波點所包含的回波點位置數據分別計算當前雷射掃描線上的各回波點與當前雷射掃描線的開始點之間的距離，然後，對計算出的各距離進行比較，以挑選出距離開始點最遠的回波點；本實施例將該挑選出的回波點作為最終的當前雷射掃描線的結束點。
[0040]針對本步驟需要特別說明的是，對於第一條雷射掃描線，無論是單向掃描模式還是雙向掃描模式，可以對開始點和結束點均進行修正；而對於非第一條雷射掃描線而言，在單向掃描模式下，可以對開始點和結束點均進行修正，在雙向掃描模式下，由於當前雷射掃描線的結束點同時還作為下一條雷射掃描線的開始點，因此，對結束點進行修正也是對開始點進行修正。
[0041]S130、在獲得所有雷射掃描線修正後的邊界點的回波點數據後，利用各雷射掃描線的修改後的邊界點的回波點數據、第一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據以及最後一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據形成雷射雷達航帶掃描邊界。
[0042]具體的，本實施例存儲了所有修正後的開始點和/或結束點的回波點數據、第一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據以及最後一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據。存儲的方式可以有多種，出於對便於管理以及方便生成雷射雷達航帶掃描邊界等因素的考慮，本實施例可以使用正邊界列表和負邊界列表來存儲雷射掃描線的開始點和/或結束點，而第一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據以及最後一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據可以獨立於正邊界列表和負邊界列表而獨立存儲。
[0043]針對單向掃描模式而言，利用正邊界列表和負邊界列表進行開始點和結束點的回波點數據存儲的一個具體例子為:針對每一條雷射掃描線，在當前雷射掃描線的開始點的雷射掃描角大於當前雷射掃描線的結束點的雷射掃描角的情況下，將當前雷射掃描線的開始點的回波點數據存儲在正邊界列表中，否則，將當前雷射掃描線的開始點的回波點數據存儲在負邊界列表中；在當前雷射掃描線的結束點的雷射掃描角大於當前雷射掃描線的開始點的雷射掃描角的情況下，將當前雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在正邊界列表中，否則，將當前雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在負邊界列表中。
[0044]針對雙向掃描模式而言,利用正邊界列表和負邊界列表進行開始點和結束點的回波點數據存儲的一個具體例子為:針對第一條雷射掃描線，在第一條雷射掃描線的開始點的雷射掃描角大於第一條雷射掃描線的結束點的雷射掃描角的情況下，將第一條雷射掃描線的開始點的回波點數據存儲在正邊界列表中，否則，將第一條雷射掃描線的開始點的回波點數據存儲在負邊界列表中；在第一條雷射掃描線的結束點的雷射掃描角大於第一條雷射掃描線的開始點的雷射掃描角的情況下，將第一條雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在正邊界列表中，否則，將第一條雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在負邊界列表中；針對非第一條雷射掃描線，在當前雷射掃描線的結束點的雷射掃描角大於當前雷射掃描線的開始點的雷射掃描角的情況下，將當前雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在正邊界列表中，否則，將當前雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在負邊界列表中。
[0045]另外，本實施例還可以對第一條雷射掃描線和最後一條雷射掃描線進行消除倒置現象的處理，即消除一些由於入射角而引起空間位置倒置的回波點數據。
[0046]—個具體的消除倒置現象的例子為:將第一條雷射掃描線的開始點作為當前回波點，利用回波點數據中的回波點位置數據計算第一條雷射掃描線中的其他各回波點與當前回波點之間的距離，並找到距離最小的回波點，如果距離最小的回波點與當前回波點之間存在其他的回波點，則刪除當前回波點與距離最小的回波點之間的所有回波點數據，並將該距離最小的回波點作為當前回波點；如果距離最小的回波點與當前回波點之間不存在其他回波點，則直接將該距離最小的回波點作為當前回波點；然後，針對該新的當前回波點返回上述進行距離計算的處理過程；重複上述記載的各處理過程，直到當前回波點為第一條雷射掃描線的結束點時，針對第一條雷射掃描線的消除倒置現象的處理結束。
[0047]另一個具體的消除倒置現象的例子為:將第一條雷射掃描線的結束點作為當前回波點，利用回波點數據中的回波點位置數據計算第一條雷射掃描線中的其他各回波點與當前回波點之間的距離，並找到距離最小的回波點，如果距離最小的回波點與當前回波點之間存在其他的回波點，則刪除當前回波點與距離最小的回波點之間的所有回波點數據，並將該距離最小的回波點作為當前回波點；如果距離最小的回波點與當前回波點之間不存在其他回波點，則直接將該距離最小的回波點作為當前回波點；然後，針對該新的當前回波點返回上述進行距離計算的處理過程；重複上述記載的各處理過程，直到當前回波點為第一條雷射掃描線的開始點時，針對第一條雷射掃描線的消除倒置現象的處理結束。
[0048]針對最後一條雷射掃描線的消除倒置現象的處理與上述針對第一條雷射掃描線的消除倒置現象的兩個具體例子基本相同，在此不再重複說明。
[0049]實施例二、雷射雷達航帶掃描邊界識別方法，該方法的大致流程如圖2所示。
[0050]圖2中，首先，從雷射雷達航帶掃描所獲得的點雲數據中讀取第I個回波點數據，將第I個回波點作為第I條雷射掃描線的開始點，將雷射掃描角的差值的累計值Suhidsa清零。
[0051]之後，依次讀取後續回波點數據，並依次計算前後兩個相鄰的回波點的雷射掃描角之間的差值DiffSAi (DiffSAi = SA1-SAp1 ；DiffSAi = O表示這兩個回波點具有同一雷射掃描角；DiffSAi > O表示雷射掃描角變大；DiffSAi < O表示雷射掃描角變小)，並依次累計雷射掃描角的差值的累計值SumDSA(SumDSA = Σ DiffSAi,i = 2,...),並依據下述公式(I)和公式(2)初步判斷第I條雷射掃描線是否結束:
[0052]DiffSAi > O 且 Suhidsa < O公式(I)
[0053]DiffSAi O,公式(2)
[0054]上述公式(I)和公式(2)均表示雷射掃描角單調變化的方向發生改變，即雷射掃描線結束，從而確定出第I條雷射掃描線的結束點。
[0055]之後，根據雷射掃描線中的各回波點之間的位置關係優化第I條雷射掃描線的開始點，即計算第I條雷射掃描線中的其它回波點與第I條雷射掃描線中的最後一個回波點(結束點)之間的距離，將第I條雷射掃描線中與最後一個回波點之間距離最大的回波點作為第I條雷射掃描線的開始點；本步驟涉及如下公式(3)-公式(6):
[0056]dXj = Xn-Xi公式(3)
[0057](IYi = Yn-Yi公式(4)
[0058]Disti = sqrt (dX^dX^dY^dYi)公式(5)
[0059]Max (Disti) =n_l公式(6)
[0060]之後，根據雷射掃描線中的各回波點之間的位置關係優化第I條雷射掃描線的結束點，即計算第I條雷射掃描線中的其他回波點與第I條雷射掃描線中的第一個回波點(開始點)之間的距離，將第I條雷射掃描線中與第一個回波點之間距離最大的回波點作為第I條雷射掃描線的結束點；本步驟涉及如下公式(7)-公式(10):
[0061]ClXi = X1-Xi公式(7)
[0062](IYi = Y1-Yi公式(8)
[0063]Disti = sqrt (dX^dX^dY^dYi)公式(9)
[0064]Max (Disti)，i = 2，...，η公式(10)
[0065]之後，保存第I條雷射掃描線的開始點的回波點數據，具體的，如果開始點的雷射掃描角大於結束點的雷射掃描角，則在正邊界列表中保存該開始點的回波點數據，否則，在負邊界列表中保存該開始點的回波點數據。
[0066]之後，保存第I條雷射掃描線的結束點的回波點數據，具體的，如果結束點的雷射掃描角大於開始點的雷射掃描角，則在正邊界列表中保存該結束點的回波點數據，否則，在負邊界列表中保存該結束點的回波點數據。
[0067]之後，保存第I條雷射掃描線中的開始點和結束點之間的其它回波點數據。
[0068]之後，第I條雷射掃描線處理結束，開始第2條雷射掃描線的開始點和結束點的初步判斷以及優化過程。
[0069]之後,根據第I條雷射掃描線的掃描角差值之和SumDSA1與第2條雷射掃描線的掃描角差值之和SumDSA2之間的大小關係判斷掃描模式,具體的,如果SumDSA1*SumDSA2 > O則表示單向掃描模式，如果SumDSA1*SumDSA2 < O則表示雙向掃描模式。如果為單向掃描模式，則保存第2條雷射掃描線的開始點的回波點數據和結束點的回波點數據；如果為雙向掃描模式，則保存第2條雷射掃描線的結束點的回波點數據。
[0070]之後，按照上述對第2條雷射掃描線的處理過程對第3條雷射掃描線進行處理，直到對最後I條雷射掃描線進行處理。
[0071]之後，存儲最後I條雷射掃描線中的開始點和結束點之間的其它回波點數據。
[0072]之後，對第I條雷射掃描線和最後I條雷射掃描線進行優化處理，以去除雷射掃描線中的雷射點位置倒置現象，具體的，在雷射掃描線上搜索到開始點/結束點距離最小的回波點，刪除該回波點到開始點/結束點之間的所有回波點數據，並將該距離最小的回波點作為第二個邊界連續點；以此類推，直到將雷射掃描線上的結束點/開始點作為邊界連續點。
[0073]最後，將第I條雷射掃描線中的所有回波點、最後I條雷射掃描線中的所有回波點以及中間雷射掃描線中的開始點和結束點連接起來，形成雷射雷達航帶掃描的外邊界。
[0074]實施例三、雷射雷達航帶掃描邊界識別裝置，該裝置如圖3所示。
[0075]圖3中，雷射雷達航帶掃描邊界識別裝置主要包括:計算模塊300、確定邊界點模塊310、優化邊界點模塊320、形成邊界模塊330、掃描模式判斷模塊340以及消除倒置模塊350。
[0076]計算模塊300與確定邊界點模塊310連接。計算模塊300主要用於從點雲數據中順序讀取回波點數據，並計算相鄰回波點數據中的雷射掃描角Sai和Sap1的差值以及該差值的累計值。
[0077]具體的，點雲數據可以以二進位格式或者文本格式等方式存儲。計算模塊300從點雲數據中讀取出的第一個回波點數據可以作為第一條雷射掃描線的開始點的回波點數據。
[0078]針對每一條雷射掃描線而言，在計算模塊300計算出該雷射掃描線的第一個差值之前，累計值的初始值通常為0，且每計算出一個差值，則計算模塊300會將累計值更新為累計值與差值之和。
[0079]確定邊界點模塊310與計算模塊300、優化邊界點模塊320以及掃描模式判斷模塊340分別連接。確定邊界點模塊310用於對計算模塊300計算出的差值和累計值進行判斷，確定邊界點模塊310可以在計算模塊300每計算出一個差值和累計值的情況下進行一次判斷；確定邊界點模塊310在判斷出差值大於零且累計值小於零的情況下，或者確定邊界點模塊310在判斷出差值小於零且累計值大於零的情況下，將SaiViSai對應的回波點確定為當前雷射掃描線的結束點，且確定邊界點模塊310將累計值清零。
[0080]具體的，確定邊界點模塊310在判斷出差值大於零且累計值小於零的情況下，或者確定邊界點模塊310在判斷出差值小於零且累計值大於零的情況下，如果當前雷射掃描線不是最後一條雷射掃描線，則確定邊界點模塊310會將上述Sap1對應的回波點確定為當前雷射掃描線的結束點，如果當前雷射掃描線是最後一條雷射掃描線，則確定邊界點模塊310會將上述Sai對應的回波點確定為當前雷射掃描線的結束點。
[0081]對於單向掃描模式而言，確定邊界點模塊310除了確定出當前雷射掃描線的結束點之外，還可以確定出當前雷射掃描線的開始點；而對於雙向掃描模式而言，由於下一條雷射掃描線的開始點與當前雷射掃描線的結束點重合，因此，確定邊界點模塊310可以僅確定出當前雷射掃描線的結束點，該結束點同時還是下一條雷射掃描線的開始點。
[0082]確定邊界點模塊310可以根據掃描模式判斷模塊340的判斷結果獲知雷射雷達航帶掃描模式是單向掃描模式，還是雙向掃描模式。
[0083]在掃描模式判斷模塊340確定出雷射雷達航帶掃描模式為單向掃描模式的情況下，如果當前雷射掃描線不是最後一條雷射掃描線，則確定邊界點模塊310可以將Sai對應的回波點作為下一條雷射掃描線的開始點；對於第一條雷射掃描線來說，確定邊界點模塊310可以將計算模塊300讀取的第一個回波點數據作為第一條雷射掃描線的開始點的回波點數據。
[0084]在判斷出雷射雷達航帶掃描模式為雙向掃描模式的情況下，如果當前雷射掃描線不是最後一條雷射掃描線，則確定邊界點模塊310可以將Sap1對應的回波點既作為當前雷射掃描線的結束點，同時還作為下一條雷射掃描線的開始點。
[0085]無論是單向掃描模式還是雙向掃描模式，確定邊界點模塊310在確定出當前雷射掃描線的結束點時，應將累計值歸零，以便於計算模塊300針對下一條雷射掃描線的Sai與Sai^1的差值進行累計計算。
[0086]優化邊界點模塊320與確定邊界點模塊310、形成邊界模塊330以及掃描模式判斷模塊340分別連接。優化邊界點模塊320主要用於根據回波點數據中的回波點位置數據計算當前雷射掃描線上的各回波點與當前雷射掃描線的邊界點之間的距離，並根據距離邊界點最大的回波點來修正當前雷射掃描線的邊界點。
[0087]具體的，確定邊界點模塊310確定出的開始點和/或結束點可能會存在一定偏差，如對於單向掃描模式而言，雷射掃描線中可能會存在由於入射角而引起空間位置倒置的回波點，因此，確定邊界點模塊310確定出的開始點和結束點可能是空間位置倒置的回波點；再例如，對於雙向掃描模式而言，由於兩條相鄰的雷射掃描線在邊界點處存在多個具有相同雷射掃描角的回波點，因此，確定邊界點模塊310確定出的結束點通常是下一條雷射掃描線中臨近開始點的回波點。優化邊界點模塊320的一個主要目的就是在於修正當前雷射掃描線的開始點和/或結束點，如對於單向掃描模式而言，優化邊界點模塊320可以在一定程度上消除由於空間位置倒置現象。
[0088]優化邊界點模塊320可以根據掃描模式判斷模塊340的判斷結果獲知雷射雷達航帶掃描模式是單向掃描模式，還是雙向掃描模式。
[0089]優化邊界點模塊320修正當前雷射掃描線的開始點的過程為:優化邊界點模塊320利用當前雷射掃描線中的全部回波點位置數據分別計算當前雷射掃描線上的各回波點與當前雷射掃描線的結束點之間的距離，然後優化邊界點模塊320對計算出的各距離進行比較，以挑選出距離結束點最遠的回波點；優化邊界點模塊320將該挑選出的回波點作為最終的當前雷射掃描線的開始點。
[0090]優化邊界點模塊320修正當前雷射掃描線的結束點的過程為:優化邊界點模塊320利用當前雷射掃描線中的全部回波點所包含的回波點位置數據分別計算當前雷射掃描線上的各回波點與當前雷射掃描線的開始點之間的距離，然後，優化邊界點模塊320對計算出的各距離進行比較，以挑選出距離開始點最遠的回波點；優化邊界點模塊320將該挑選出的回波點作為最終的當前雷射掃描線的結束點。
[0091]需要特別說明的是，對於第一條雷射掃描線，無論是單向掃描模式還是雙向掃描模式，優化邊界點模塊320可以對開始點以及結束點分別進行修正；而對於非第一條雷射掃描線而言，在單向掃描模式下，優化邊界點模塊320可以對開始點和結束點均進行修正，在雙向掃描模式下，由於當前雷射掃描線的結束點同時還作為下一條雷射掃描線的開始點，因此，優化邊界點模塊320對結束點進行修正也是對開始點進行修正。
[0092]形成邊界模塊330與優化邊界點模塊320、掃描模式判斷模塊340以及消除倒置模塊350分別連接。形成邊界模塊330主要用於在獲得所有雷射掃描線修正後的邊界點的回波點數據後，利用各雷射掃描線的修改後的邊界點的回波點數據、第一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據以及最後一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據形成雷射雷達航帶掃描邊界。較佳的，形成邊界模塊330可以在消除倒置模塊350對第一條雷射掃描線和最後一條雷射掃描線進行處理後，再形成雷射雷達航帶掃描邊界。
[0093]具體的，形成邊界模塊330可以存儲所有修正後的開始點和/或結束點的回波點數據、第一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據以及最後一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據。存儲的方式可以有多種，出於對便於管理以及方便生成雷射雷達航帶掃描邊界等因素的考慮形成邊界模塊330可以使用正邊界列表和負邊界列表來存儲雷射掃描線的開始點和/或結束點，而第一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據以及最後一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據可以獨立於正邊界列表和負邊界列表而獨立存儲。
[0094]形成邊界模塊330可以根據掃描模式判斷模塊340的判斷結果獲知雷射雷達航帶掃描模式是單向掃描模式，還是雙向掃描模式。
[0095]針對單向掃描模式而言，形成邊界模塊330利用正邊界列表和負邊界列表進行開始點和結束點的回波點數據存儲的一個具體例子為:針對每一條雷射掃描線，在當前雷射掃描線的開始點的雷射掃描角大於當前雷射掃描線的結束點的雷射掃描角的情況下，形成邊界模塊330將當前雷射掃描線的開始點的回波點數據存儲在正邊界列表中，否則，形成邊界模塊330將當前雷射掃描線的開始點的回波點數據存儲在負邊界列表中；在當前雷射掃描線的結束點的雷射掃描角大於當前雷射掃描線的開始點的雷射掃描角的情況下，形成邊界模塊330將當前雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在正邊界列表中，否則，形成邊界模塊330將當前雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在負邊界列表中。
[0096]針對雙向掃描模式而言，形成邊界模塊330利用正邊界列表和負邊界列表進行開始點和結束點的回波點數據存儲的一個具體例子為:針對第一條雷射掃描線，在第一條雷射掃描線的開始點的雷射掃描角大於第一條雷射掃描線的結束點的雷射掃描角的情況下，形成邊界模塊330將第一條雷射掃描線的開始點的回波點數據存儲在正邊界列表中，否貝U，形成邊界模塊330將第一條雷射掃描線的開始點的回波點數據存儲在負邊界列表中；在第一條雷射掃描線的結束點的雷射掃描角大於第一條雷射掃描線的開始點的雷射掃描角的情況下，形成邊界模塊330將第一條雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在正邊界列表中，否則，形成邊界模塊330將第一條雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在負邊界列表中；針對非第一條雷射掃描線，在當前雷射掃描線的結束點的雷射掃描角大於當前雷射掃描線的開始點的雷射掃描角的情況下，形成邊界模塊330將當前雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在正邊界列表中，否則，形成邊界模塊330將當前雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在負邊界列表中。
[0097]掃描模式判斷模塊340與確定邊界點模塊310、優化邊界點模塊320以及形成邊界模塊330分別連接。掃描模式判斷模塊340主要用於判斷當前雷射掃描線對應的差值的累計值與上一條雷射掃描線對應的差值的累計值的乘積是否大於零；如果大於零，則掃描模式判斷模塊340確定雷射雷達航帶掃描模式為單向掃描模式；如果小於零，則掃描模式判斷模塊340確定雷射雷達航帶掃描模式為雙向掃描模式。
[0098]消除倒置模塊350與形成邊界模塊330連接。消除倒置模塊350主要用於針對第一條雷射掃描線以及最後一條雷射掃描線，將開始點或者結束點作為當前回波點；搜索距離當前回波點距離最小的回波點，刪除當前回波點與所述距離最小的回波點之間的所有回波點，並將距離最小的回波點作為當前回波點，返回上述搜索距離的處理過程，直到當前回波點為第一條雷射掃描線或者最後一條雷射掃描線的結束點或者開始點。
[0099]具體的，消除倒置模塊350消除倒置現象的一個具體的例子為:消除倒置模塊350將第一條雷射掃描線的開始點作為當前回波點，消除倒置模塊350利用回波點數據中的回波點位置數據計算第一條雷射掃描線中的其他各回波點與當前回波點之間的距離，並找到距離最小的回波點，如果距離最小的回波點與當前回波點之間存在其他的回波點，則消除倒置模塊350刪除當前回波點與距離最小的回波點之間的所有回波點數據，並將該距離最小的回波點作為當前回波點；如果距離最小的回波點與當前回波點之間不存在其他回波點，則消除倒置模塊350直接將該距離最小的回波點作為當前回波點；然後，消除倒置模塊350針對該新的當前回波點返回上述進行距離計算的處理過程；重複上述記載的各處理過程，直到當前回波點為第一條雷射掃描線的結束點時，消除倒置模塊350針對第一條雷射掃描線的消除倒置現象的處理結束。
[0100]消除倒置模塊350消除倒置現象的另一個具體的例子為:消除倒置模塊350將第一條雷射掃描線的結束點作為當前回波點，消除倒置模塊350利用回波點數據中的回波點位置數據計算第一條雷射掃描線中的其他各回波點與當前回波點之間的距離，並找到距離最小的回波點，如果距離最小的回波點與當前回波點之間存在其他的回波點，則消除倒置模塊350刪除當前回波點與距離最小的回波點之間的所有回波點數據，並將該距離最小的回波點作為當前回波點；如果距離最小的回波點與當前回波點之間不存在其他回波點，則消除倒置模塊350直接將該距離最小的回波點作為當前回波點；然後，消除倒置模塊350針對該新的當前回波點返回上述進行距離計算的處理過程；消除倒置模塊350重複上述記載的各處理過程，直到當前回波點為第一條雷射掃描線的開始點時，消除倒置模塊350針對第一條雷射掃描線的消除倒置現象的處理結束。
[0101]消除倒置模塊350針對最後一條雷射掃描線的消除倒置現象的處理與上述針對第一條雷射掃描線的消除倒置現象的兩個具體例子基本相同，在此不再重複說明。
[0102]以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
【權利要求】
1.一種雷射雷達航帶掃描邊界識別方法，其特徵在於，包括: 從點雲數據中順序讀取回波點數據，並計算相鄰回波點數據中的雷射掃描角Sai和Sai^1的差值以及所述差值的累計值； 對計算出的所述差值和所述累計值進行判斷，在判斷出所述差值大於零且所述累計值小於零的情況下或者在判斷出所述差值小於零且所述累計值大於零的情況下，將所述SaiViSai對應的回波點確定為當前雷射掃描線的結束點，且所述累計值清零； 根據回波點數據中的回波點位置數據計算當前雷射掃描線上的各回波點與當前雷射掃描線的邊界點之間的距離，並根據距離邊界點最大的回波點來修正當前雷射掃描線的邊界點； 在獲得所有雷射掃描線修正後的邊界點的回波點數據後，利用各雷射掃描線的修正後的邊界點的回波點數據、第一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據以及最後一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據形成雷射雷達航帶掃描邊界。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於: 在雷射雷達航帶掃描模式為單向掃描模式的情況下，如果當前雷射掃描線不為最後一條雷射掃描線，則所述Sap1對應的回波點為當前雷射掃描線的結束點，且所述Sajf應的回波點為當前雷射掃描線的下一條雷射掃描線的開始點，否則，所述Sai對應的回波點為當前雷射掃描線的結束點； 在雷射雷達航帶掃描模式為雙向掃描模式的情況下，如果當前雷射掃描線不為最後一條雷射掃描線，則所述Sap1對應的回波點為當前雷射掃描線的結束點，且所述Sap1對應的回波點還同時為當前雷射掃描線的下一條雷射掃描線的開始點，否則，所述Sai對應的回波點為當前雷射掃描線的結束點。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述根據回波點數據中的回波點位置數據計算當前雷射掃描線上的各回波點與當前雷射掃描線的邊界點之間的距離，並根據距離邊界點最大的回波點來修正當前雷射掃描線的邊界點包括: 根據回波點數據中的回波點位置數據計算當前雷射掃描線上的各回波點與當前雷射掃描線的開始點之間的距離，並根據距離開始點最大的回波點來修正當前雷射掃描線的結束點； 根據回波點數據中的回波點位置數據計算當前雷射掃描線上的各回波點與當前雷射掃描線的結束點之間的距離，並根據距離結束點最大的回波點來修正當前雷射掃描線的開始點。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，針對單向掃描模式，在使用正邊界列表和負邊界列表存儲各雷射掃描線的邊界點的回波點數據的情況下，所述方法還包括: 如果當前雷射掃描線的開始點的雷射掃描角大於當前雷射掃描線的結束點的雷射掃描角，則將當前雷射掃描線的開始點的回波點數據存儲在正邊界列表中，否則，將當前雷射掃描線的開始點的回波點數據存儲在負邊界列表中； 如果當前雷射掃描線的結束點的雷射掃描角大於當前雷射掃描線的開始點的雷射掃描角，則將當前雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在正邊界列表中，否則，將當前雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在負邊界列表中。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，針對雙向掃描模式，在使用正邊界列表和負邊界列表存儲各雷射掃描線的邊界點的回波點數據的情況下，所述方法還包括: 如果第一條雷射掃描線的開始點的雷射掃描角大於第一條雷射掃描線的結束點的雷射掃描角，則將第一條雷射掃描線的開始點的回波點數據存儲在正邊界列表中，否則，將第一條雷射掃描線的開始點的回波點數據存儲在負邊界列表中； 如果第一條雷射掃描線的結束點的雷射掃描角大於第一條雷射掃描線的開始點的雷射掃描角，則將第一條雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在正邊界列表中，否則，將第一條雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在負邊界列表中； 對於不是第一條雷射掃描線的當前雷射掃描線，如果當前雷射掃描線的結束點的雷射掃描角大於當前雷射掃描線的開始點的雷射掃描角，則將當前雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在正邊界列表中，否則，將當前雷射掃描線的結束點的回波點數據存儲在負邊界列表中。
6.如權利要求2或4或5所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括: 判斷當前雷射掃描線對應的所述差值的累計值與上一條雷射掃描線對應的所述差值的累計值的乘積是否大於零； 如果大於零，則確定雷射雷達航帶掃描模式為單向掃描模式； 如果小於零，則確定雷射雷達航帶掃描模式為雙向掃描模式。
7.如權利要求1至5中任一權利要求所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括: 針對第一條/最後一條雷射掃描線而言，將開始點/結束點作為當前回波點； 搜索距離當前回波點距離最小的回波點，刪除當前回波點與所述距離最小的回波點之間的所有回波點，將所述距離最小的回波點作為當前回波點，返回所述搜索距離的處理過程，直到當前回波點為第一條/最後一條雷射掃描線的結束點/開始點。
8.一種雷射雷達航帶掃描邊界識別裝置，其特徵在於，所述裝置包括: 計算模塊，用於從點雲數據中順序讀取回波點數據，並計算相鄰回波點數據中的雷射掃描角Sai和Sap1的差值以及所述差值的累計值； 確定邊界點模塊，用於對計算出的差值和累計值進行判斷，在判斷出差值大於零且累計值小於零的情況下或者在判斷出所述差值小於零且所述累計值大於零的情況下，將所述SaiViSai對應的回波點確定為當前雷射掃描線的結束點，且所述累計值清零； 優化邊界點模塊，用於根據回波點數據中的回波點位置數據計算當前雷射掃描線上的各回波點與當前雷射掃描線的邊界點之間的距離，並根據距離邊界點最大的回波點來修正當前雷射掃描線的邊界點； 形成邊界模塊，用於在獲得所有雷射掃描線修正後的邊界點的回波點數據後，利用各雷射掃描線的修正後的邊界點的回波點數據、第一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據以及最後一條雷射掃描線的兩個邊界點之間的所有回波點數據形成雷射雷達航帶掃描邊界。
9.如權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括: 掃描模式判斷模塊，用於判斷當前雷射掃描線對應的所述差值的累計值與上一條雷射掃描線對應的所述差值的累計值的乘積是否大於零；如果大於零，則確定雷射雷達航帶掃描模式為單向掃描模式；如果小於零，則確定雷射雷達航帶掃描模式為雙向掃描模式。
10.如權利要求8或9所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括: 消除倒置模塊，用於針對第一條/最後一條雷射掃描線而言，將開始點/結束點作為當前回波點；搜索距離當前回波點距離最小的回波點，刪除當前回波點與所述距離最小的回波點之間的所有回波點，將所述距離最小的回波點作為當前回波點，返回所述搜索距離的處理過程，直到當前回波點為第一條/最後一條雷射掃描線的結束點/開始點。
【文檔編號】G01S7/48GK104360339SQ201410601556
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月31日 優先權日:2014年10月31日
【發明者】劉清旺, 李增元, 陳爾學, 龐勇, 李世明 申請人:中國林業科學研究院資源信息研究所