面向无人系统的多源点云空间单元级动态压缩方法及装置

本技术涉及三维点云数据处理、多源协同感知和点云压缩，具体涉及一种面向无人系统的多源点云空间单元级动态压缩方法及装置。

背景技术：

1、在自动驾驶、移动机器人、无人机、路侧感知单元和多机器人协同感知场景中，多个点云采集源可以从不同位置和不同视角获取三维点云数据。多源点云能够缓解单一视角遮挡并提升环境感知完整性，但同时也带来点数规模大、冗余区域多、通信带宽占用高和后续感知网络计算开销大的问题。

2、现有点云压缩方法通常采用统一压缩率、随机采样、固定top-k或基于点级得分的筛选方式。此类方法能够减少输入点数，但同一空间区域内不同来源的点云质量并不一致，低可靠来源可能由于点数较多而占用大量保留预算；高风险或稀疏空间区域可能因统一压缩率而保留点不足；单一高密来源可能挤占具有互补视角的其他来源，从而降低压缩后的点云的覆盖均衡性。

3、在实际部署中，点云采集源之间还存在时间延迟、位姿误差、测距范围差异、视角覆盖差异、局部点密度差异以及传感器状态差异。若仅在点级别计算重要性并直接排序保留，难以显式约束每个空间单元应保留多少点，也难以约束每个点云采集源在同一空间单元内应占用多少点数预算，在全局点数预算受限条件下难以保证点云数据来源的可靠性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术实施例提供一种面向无人系统的多源点云空间单元级动态压缩方法及装置，该方法包括：

2、将多个点云采集源采集的点云数据构成的三维空间划分为多个空间单元；点云采集源部署于无人系统上；

3、根据点云数据的信息和点云采集源的来源元信息，计算各个空间单元各自对应的空间单元状态参数；空间单元状态参数至少包括点云采集源数量和覆盖重叠度；

4、根据参考空间单元的空间单元状态参数和全局预算点数，确定参考空间单元的空间单元级保留点数；空间单元级保留点数表示参考空间单元在压缩后允许保留的点云数量；参考空间单元为各空间单元中的任意一个；

5、针对每个空间单元中点云数据对应的每个点云采集源，根据对应的来源元信息计算来源可靠性评估值；来源可靠性评估值至少基于点云数据采集的时间新鲜度和点云采集源的位姿置信度确定；

6、根据参考空间单元中参考点云采集源的来源可靠性评估值，以及参考空间单元的空间单元级保留点数，计算来源级保留点数；来源级保留点数表示参考空间单元中允许保留的参考点云采集源采集的点云数量；参考点云采集源为参考空间单元中点云数据对应的任意一个点云采集源；

7、根据来源级保留点数和各点云采集源采集的点云数据的点级优先级排序结果，确定待保留的点云数据，并进行合并得到压缩后的点云数据。

8、可选地，根据参考空间单元的空间单元状态参数和全局预算点数，确定参考空间单元的空间单元级保留点数，包括：基于参考空间单元的空间单元状态参数计算参考空间单元的保留权重；计算参考空间单元的保留权重与各空间单元的保留权重之和的比值，并与全局预算点数相乘得到参考空间单元的初始空间单元级保留点数；利用空间单元的预设最小保留点数和预设最大保留点数，对初始空间单元级保留点数进行截断处理，得到参考空间单元的空间单元级保留点数。

9、可选地，空间单元状态参数还包括点密度、目标候选强度、几何突变度和风险状态量；所述基于参考空间单元的空间单元状态参数计算参考空间单元的保留权重，包括：分别对参考空间单元的点云采集源数量、覆盖重叠度、点密度、目标候选强度、几何突变度和风险状态量进行归一化处理，得到归一化后的点云采集源数量、覆盖重叠度、点密度、目标候选强度、几何突变度和风险状态量；将归一化后的点云采集源数量、覆盖重叠度、点密度、目标候选强度、几何突变度和风险状态量进行加权求和，得到参考空间单元的保留权重。

10、可选地，所述方法还包括：在参考空间单元的目标候选强度大于目标强度阈值，或参考空间单元的几何突变度大于几何突变度阈值的情况下，增大参考空间单元的保留权重；在参考空间单元仅包含稠密背景且覆盖重叠度大于覆盖重叠度阈值时，减小参考空间单元的保留权重。

11、可选地，根据参考空间单元中参考点云采集源的来源可靠性评估值，以及参考空间单元的空间单元级保留点数，计算来源级保留点数，包括：根据参考空间单元中参考点云采集源的来源可靠性评估值、视角互补因子和参考点云采集源采集的点云数据的有效状态值，计算参考空间单元中参考点云采集源的来源分配权重；视角互补因子根据不同参考点云采集源对同一参考空间单元的观测方向差异、入射角差异、可见区域差异或遮挡关系确定；计算来源分配权重与参考空间单元中各点云采集源的来源分配权重之和的比值，并与参考空间单元的空间单元级保留点数相乘，得到参考空间单元中参考点云采集源对应的来源级保留点数。

12、可选地，根据来源级保留点数和各点云采集源采集的点云数据的点级优先级排序结果，确定待保留的点云数据，包括：基于预算分配约束条件对来源级保留点数和空间单元级保留点数进行修正，得到修正后的来源级保留点数；在修正过程中，各来源级保留点数的总和不超过空间单元级保留点数；根据修正后的来源级保留点数和各点云采集源采集的点云数据的点级优先级排序结果，确定待保留的点云数据。

13、可选地，预算分配约束条件包括依次执行的可靠性下限约束、来源占比约束、覆盖下限约束、预算上限约束和总预算约束；所述基于预算分配约束条件对来源级保留点数和空间单元级保留点数进行修正，包括：

14、首先执行可靠性下限约束：若来源可靠性评估值小于可靠性下限阈值，将参考空间单元中参考点云采集源的来源级保留点数置为零；若来源可靠性评估值大于或等于可靠性下限阈值、小于来源正常分配阈值，且参考空间单元中参考点云采集源的视角互补因子大于互补阈值，将参考空间单元中参考点云采集源的来源级保留点数修正为第一来源级保留点数；第一来源级保留点数为预设最小来源级保留点数；

15、在执行可靠性下限约束后，执行来源占比约束：若第一来源级保留点数大于参考空间单元的空间单元级保留点数与预设来源占比上限的乘积，将第一来源级保留点数修正为第二来源级保留点数；第二来源级保留点数为参考空间单元的空间单元级保留点数与预设来源占比上限的乘积；

16、在执行来源占比约束之后，执行覆盖下限约束：确定参考空间单元中目标候选强度大于目标强度阈值、风险状态量大于风险阈值，或视角互补因子大于互补阈值的有效点云采集源，并增大有效点云采集源来源级保留点数，以使参考空间单元中各点云采集源的来源级保留点数之和达到空间单元的预设最小保留点数或无有效点云可供保留；

17、在执行覆盖下限约束后，执行预算上限约束：若参考空间单元中各点云采集源的来源级保留点数之和大于空间单元的预设最大保留点数，按照来源分配权重或点级优先级降低各点云采集源的来源级保留点数，并将修正后的来源级保留点数之和确定为参考空间单元的最终空间单元级保留点数；最终空间单元级保留点数小于或等于空间单元的预设最大保留点数；

18、在执行完预算上限约束之后，执行总预算约束：若各空间单元的最终空间单元级保留点数之和超过全局预算点数，基于各特定空间单元的风险状态量、来源平均可靠性和覆盖重叠度计算对应缩减优先级，基于各缩减优先级降低特定空间单元的空间单元级保留点数，直至修正后的各空间单元的最终空间单元级保留点数之和满足全局预算点数；其中，特定空间单元为风险状态量小于风险状态阈值、来源平均可靠性小于空间单元可靠性阈值，且覆盖重叠度大于冗余阈值的空间单元。

19、可选地，根据修正后的来源级保留点数和各点云采集源采集的点云数据的点级优先级排序结果，确定待保留的点云数据，包括：根据参考点云采集源采集的点云数据的点级优先级排序结果，从参考空间单元中筛选出数量不超过参考点云采集源修正后的来源级保留点数的候选点云数据；将候选点云数据作为参考空间单元中参考点云采集源对应的待保留的点云数据。

20、可选地，点级优先级排序结果基于点云数据到点云采集源对应传感器的距离、反射强度、局部点密度、局部曲率、目标候选强度中的至少一种确定。

21、本技术还提供一种面向无人系统的多源点云空间单元级动态压缩装置，包括：

22、空间划分模块，用于将多个点云采集源采集的点云数据构成的三维空间划分为多个空间单元；点云采集源部署于无人系统上；

23、空间状态参数计算模块，用于根据点云数据的信息和点云采集源的来源元信息，计算各个空间单元各自对应的空间单元状态参数；空间单元状态参数至少包括点云采集源数量和覆盖重叠度；

24、空间单元预算分配模块，用于根据参考空间单元的空间单元状态参数和全局预算点数，确定参考空间单元的空间单元级保留点数；空间单元级保留点数表示参考空间单元在压缩后允许保留的点云数量；参考空间单元为各空间单元中的任意一个；

25、来源可靠性评估值计算模块，用于针对每个空间单元中点云数据对应的每个点云采集源，根据对应的来源元信息计算来源可靠性评估值；来源可靠性评估值至少基于点云数据采集的时间新鲜度和点云采集源的位姿置信度确定；

26、来源级预算分配模块，用于根据参考空间单元中参考点云采集源的来源可靠性评估值，以及参考空间单元的空间单元级保留点数，计算来源级保留点数；来源级保留点数表示参考空间单元中允许保留的参考点云采集源采集的点云数量；参考点云采集源为参考空间单元中点云数据对应的任意一个点云采集源；

27、点云选择与压缩模块，用于根据来源级保留点数和各点云采集源采集的点云数据的点级优先级排序结果，确定待保留的点云数据，并进行合并得到压缩后的点云数据。

28、在本技术实施例中，将多个点云采集源采集的点云数据构成的三维空间划分为多个空间单元；根据点云数据的信息和点云采集源的来源元信息，计算各个空间单元各自对应的空间单元状态参数；根据参考空间单元的空间单元状态参数和全局预算点数，确定参考空间单元的空间单元级保留点数；针对每个空间单元中点云数据对应的每个点云采集源，根据对应的来源元信息计算来源可靠性评估值；根据参考空间单元中参考点云采集源的来源可靠性评估值，以及参考空间单元的空间单元级保留点数，计算来源级保留点数；根据来源级保留点数和各点云采集源采集的点云数据的点级优先级排序结果，确定待保留的点云数据，并进行合并得到压缩后的点云数据。

29、如此，根据点云数据的信息和点云采集源的来源元信息，计算空间单元的空间单元状态参数，实现了将每个空间单元从包含多少个点云数据的简单统计提升为具有多大保留价值的综合性评估；空间单元状态参数包括的点云采集源数量和覆盖重叠度，能够表征同一空间单元的多来源覆盖情况和重复观测程度，从而为后续空间单元级保留点数的确定提供多源协同感知层面的依据；根据参考空间单元的空间单元状态参数和全局预算点数，确定参考空间单元的空间单元级保留点数，实现了根据综合价值对全局预算点数进行差异化分配，使有价值或高风险区域可以获得更多点数配额，高冗余背景区域获得较少配额，从而实现有限资源在空间维度上的优化配置；根据点云采集源的来源元信息计算来源可靠性评估值，实现了对各点云采集源的数据可信度的量化评估，使系统能够识别出存在时间延迟、位姿漂移或观测条件不佳的劣质来源，为后续来源级保留点数分配提供质量依据；来源可靠性评估值至少基于点云数据采集的时间新鲜度和点云采集源的位姿置信度确定，能够同时反映多源点云中的时间延迟影响和位姿误差影响，从而可以避免低新鲜度或低位姿置信度来源在来源级保留点数分配中占用过多预算，提高多源覆盖均衡性；根据参考空间单元中参考点云采集源的来源可靠性评估值，以及参考空间单元的空间单元级保留点数计算来源级保留点数，实现了依据来源可靠性评估值将空间单元级保留预算进一步拆分为各采集源的专属配额，使不可靠来源无法占用预算，提高点云数据来源的可靠性；根据来源级保留点数和各点云采集源采集的点云数据的点级优先级排序结果，确定待保留的点云数据，即在空间单元级保留点数和来源级保留配额确定后，才在每个空间单元和每个点云采集源内按照点级优先级排序结果选择点云，从而实现不同空间区域和不同来源的保留点数的精确控制。