用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化方法及系统与流程

本公开涉及数据处理，具体而言，涉及一种用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化方法及系统。

背景技术：

1、在自动驾驶场景的四维高斯溅射（4d gaussian splatting，4dgs）动态场景重建中，车辆运动轨迹、多传感器外参与自车定位三类参数均需保持准确，才能保证动态场景在时间序列上的一致性。相关技术通常将三类参数分别交由不同模块，采用独立损失函数和优化器进行分步或交替优化，默认各模块之间相互独立。

2、然而，上述三类参数共享同一四维高斯场景表示且高度耦合：轨迹参数决定动态高斯随时间的变形，外参参数决定传感器观测的投影关系，定位参数决定自车在全局坐标系中的位置。一类参数的残余误差会通过共享场景表示传导至其他参数，后续优化又可能破坏已收敛结果，导致三类参数难以保持一致。同时，各损失项的量纲和收敛速度不同，固定权重容易造成部分参数过度更新、部分参数更新不足；轨迹参数逐帧独立优化时，也容易因缺少相邻帧约束而出现位姿突变。因此，现有方式难以使三类参数同步收敛，容易引起传感器投影错位、自车定位漂移以及车辆轨迹抖动跳变，进而破坏动态场景重建的时序一致性。

技术实现思路

1、本公开实施例的目的在于提供一种用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化方法、用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化系统、电子设备以及计算机可读存储介质，能够通过构建全局统一损失函数，并以单一优化器对轨迹参数、传感器外参参数和自车定位参数进行同步更新，同时根据梯度收敛状态动态调整权重系数，进而提高多参数协同收敛能力以及动态场景重建的时序一致性。

2、本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

3、根据本公开实施例的第一方面，提供了一种用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化方法，包括：获取轨迹优化损失项、外参标定损失项、定位优化损失项以及约束轨迹时序连续性的轨迹平滑正则项；其中，轨迹优化损失项对应待优化的轨迹参数集合，外参标定损失项对应待优化的传感器外参参数集合，定位优化损失项对应待优化的自车定位参数，轨迹平滑正则项根据轨迹参数集合中相邻帧位姿参数的变化量得到；将轨迹优化损失项、外参标定损失项、定位优化损失项和轨迹平滑正则项分别按照对应的权重系数进行加权求和，得到全局统一损失函数；将轨迹参数集合、传感器外参参数集合和自车定位参数聚合为单一参数向量；以单一优化器对全局统一损失函数进行反向传播，并根据反向传播得到的梯度，对单一参数向量中的轨迹参数、外参参数和自车定位参数进行同步更新；在同步更新的过程中，根据各损失项对应参数的梯度收敛状态，动态调整各损失项对应的权重系数；其中，所述轨迹优化损失项和所述轨迹平滑正则项对应所述轨迹参数集合；将同步更新收敛后的轨迹参数集合、传感器外参参数集合和自车定位参数输出至四维高斯溅射模型，用于四维高斯溅射模型的动态场景重建。

4、根据本公开实施例的第二方面，提供了一种用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化系统，该系统包括：损失获取模块，用于获取轨迹优化损失项、外参标定损失项、定位优化损失项以及约束轨迹时序连续性的轨迹平滑正则项；其中，所述轨迹优化损失项对应待优化的轨迹参数集合，所述外参标定损失项对应待优化的传感器外参参数集合，所述定位优化损失项对应待优化的自车定位参数，所述轨迹平滑正则项根据所述轨迹参数集合中相邻帧位姿参数的变化量得到；损失融合模块，用于将所述轨迹优化损失项、所述外参标定损失项、所述定位优化损失项和所述轨迹平滑正则项分别按照对应的权重系数进行加权求和，得到全局统一损失函数；参数聚合模块，用于将所述轨迹参数集合、所述传感器外参参数集合和所述自车定位参数聚合为单一参数向量；同步更新模块，用于以单一优化器对所述全局统一损失函数进行反向传播，并根据反向传播得到的梯度，对所述单一参数向量中的轨迹参数、外参参数和自车定位参数进行同步更新；权重调节模块，用于在所述同步更新的过程中，根据各损失项对应参数的梯度收敛状态，动态调整各损失项对应的权重系数；其中，所述轨迹优化损失项和所述轨迹平滑正则项对应所述轨迹参数集合；参数输出模块，用于将同步更新收敛后的所述轨迹参数集合、所述传感器外参参数集合和所述自车定位参数输出至四维高斯溅射模型，用于所述四维高斯溅射模型的动态场景重建。

5、根据本公开实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括：处理器；以及存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现如第一方面中的用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化方法。

6、根据本公开实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面中的用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化方法。

7、本公开实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

8、根据本示例实施例中的用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化方法，一方面，由于将轨迹优化损失项、外参标定损失项、定位优化损失项和轨迹平滑正则项加权融合为全局统一损失函数，因此，三类参数能够在同一损失度量下协同优化，由此减少不同优化目标之间的冲突。另一方面，由于将轨迹参数、传感器外参参数和自车定位参数聚合为单一参数向量，并通过单一优化器执行反向传播和同步更新，因此，全局统一损失产生的梯度能够同时作用于三类参数，由此减少分步优化对既有收敛结果的反复扰动，提高三类参数的同步收敛能力。再一方面，由于根据各损失项对应参数的梯度收敛状态动态调整各损失项对应的权重系数，并使轨迹优化损失项和轨迹平滑正则项均基于轨迹参数集合的梯度收敛状态参与权重调整，因此，各损失项的优化贡献能够随收敛进程变化，由此避免部分参数过度更新或更新不足，提高联合优化过程的平衡性和稳定性。再一方面，由于轨迹平滑正则项根据相邻帧位姿参数的变化量得到，并参与全局统一损失的优化，因此，相邻帧之间过大的位姿变化能够受到约束，由此减小轨迹抖动和跳变，提高车辆运动轨迹的时序连续性。此外，由于同步更新收敛后的轨迹参数、传感器外参参数和自车定位参数共同输出至四维高斯溅射模型，因此，动态场景重建能够基于相互协调的三类参数进行，由此降低传感器投影错位、自车位置漂移和轨迹时序不连续，提高动态场景重建的一致性。

9、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

1.一种用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化方法，其特征在于，所述将所述轨迹优化损失项、所述外参标定损失项、所述定位优化损失项和所述轨迹平滑正则项分别按照对应的权重系数进行加权求和，得到全局统一损失函数，包括：

3.根据权利要求2所述的用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化方法，其特征在于，所述各所述权重系数满足归一化约束，包括：

4.根据权利要求1所述的用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化方法，其特征在于，所述轨迹平滑正则项根据所述轨迹参数集合中相邻帧位姿参数的变化量得到，包括：

5.根据权利要求4所述的用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化方法，其特征在于，所述位姿参数包括平移分量和旋转分量，所述根据所述轨迹参数集合中连续三帧的位姿参数计算二阶差分，包括：

6.根据权利要求1所述的用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化方法，其特征在于，所述将所述轨迹参数集合、所述传感器外参参数集合和所述自车定位参数聚合为单一参数向量，包括：

7.根据权利要求1或6所述的用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化方法，其特征在于，所述以单一优化器对所述全局统一损失函数进行反向传播，并根据反向传播得到的梯度，对所述单一参数向量中的轨迹参数、外参参数和自车定位参数进行同步更新，包括：

8.根据权利要求1所述的用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化方法，其特征在于，所述在所述同步更新的过程中，根据各损失项对应参数的梯度收敛状态，动态调整各损失项对应的权重系数，包括：

9.根据权利要求8所述的用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化方法，其特征在于，所述梯度统计量包括对应参数梯度的均值和方差，所述根据各所述梯度统计量调整对应的权重系数，包括：

10.一种用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化系统，用于实现权利要求1至9中任意一项所述的用于四维高斯溅射重建的多参数协同优化方法，其特征在于，所述系统包括：