一种激光雷达点云的处理方法、装置、电子设备及介质与流程

1.本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种激光雷达点云的处理方法、装置、电子设备及介质。


背景技术：

2.随着无人驾驶技术的发展，激光雷达得到了广泛的应用。水上无人艇也开始使用激光雷达进行环境感知，如水面障碍物检测、水面障碍物识别、桥梁防碰撞预警等。然而，由于水面的复杂性，特别是内陆河流湖泊，水体对激光雷达的反射受水体中泥沙含量、水体中气泡大小、水体形状、太阳光的照射等诸多因素影响，导致激光雷达的水面回波复杂多变，规律难以把握，进而会干扰激光雷达对目标的检测及识别，因此，需要过滤水面回波。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中水面回波干扰激光雷达对目标的检测及识别的问题，本技术提供了一种激光雷达点云的处理方法、装置、电子设备及介质：
4.根据本技术的第一方面，提供了一种激光雷达点云的处理方法，包括：
5.获取多帧待处理激光雷达点云，对多帧待处理激光雷达点云中的每帧待处理激光雷达点云进行位置变换处理和筛选处理，得到多帧候选激光雷达点云；
6.针对多帧候选激光雷达点云中的任意一帧候选激光雷达点云，基于任意一帧候选激光雷达点云中任意三个候选激光雷达点的位置数据构建候选水体平面，以及确定任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点与候选水体平面的距离；
7.当任意一帧候选激光雷达点云中与候选水体平面的距离小于预设距离阈值的候选激光雷达点的数量小于预设数量阈值时，执行构建候选水体平面的步骤，直至在预设循环次数内任意一帧候选激光雷达点云中与候选水体平面的距离小于预设距离阈值的候选激光雷达点的数量大于预设数量阈值，得到任意一帧候选激光雷达点云对应的目标水体平面；
8.根据任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点的位置数据，确定任意一帧候选激光雷达点云对应的垂直偏移距离区间；
9.当多帧候选激光雷达点云中存在预设数量个连续的参考帧候选激光雷达点云，基于目标水体平面对每帧待处理激光雷达点云进行水面回波过滤处理，得到目标激光雷达点云；参考帧候选激光雷达点云中参考候选激光雷达点的数量与参考帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点的总数量的比值大于预设比值阈值，参考候选激光雷达点的垂直距离数据在垂直偏移距离区间内。
10.根据本技术的第二方面，提供了一种激光雷达点云的处理装置，包括：
11.获取模块，用于获取多帧待处理激光雷达点云，对多帧待处理激光雷达点云中的每帧待处理激光雷达点云进行位置变换处理和筛选处理，得到多帧候选激光雷达点云；
12.第一确定模块，用于针对多帧候选激光雷达点云中的任意一帧候选激光雷达点
云，基于任意一帧候选激光雷达点云中任意三个候选激光雷达点的位置数据构建候选水体平面，以及确定任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点与候选水体平面的距离；
13.循环模块，用于当任意一帧候选激光雷达点云中与候选水体平面的距离小于预设距离阈值的候选激光雷达点的数量小于预设数量阈值时，执行构建候选水体平面的步骤，直至在预设循环次数内任意一帧候选激光雷达点云中与候选水体平面的距离小于预设距离阈值的候选激光雷达点的数量大于预设数量阈值，得到任意一帧候选激光雷达点云对应的目标水体平面；
14.第二确定模块，用于根据任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点的位置数据，确定任意一帧候选激光雷达点云对应的垂直偏移距离区间；
15.过滤模块，用于当多帧候选激光雷达点云中存在预设数量个连续的参考帧候选激光雷达点云，基于目标水体平面对每帧待处理激光雷达点云进行水面回波过滤处理，得到目标激光雷达点云；参考帧候选激光雷达点云中参考候选激光雷达点的数量与参考帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点的总数量的比值大于预设比值阈值，参考候选激光雷达点的垂直距离数据在垂直偏移距离区间内。
16.另一方面，获取模块，用于获取多帧待处理激光雷达点云；
17.根据多帧待处理激光雷达点云中每帧待处理激光雷达点云的位置数据与预设变换数据的乘积，得到每帧待处理激光雷达点云位置变换处理后的变换激光雷达点云；
18.针对每帧变换激光雷达点云中的变换激光雷达点，将垂直距离数据在垂直参考距离区间内，且水平距离数据小于水平参考距离的变换激光雷达点确定为变换激光雷达点云筛选处理后的候选激光雷达点云，得到多帧候选激光雷达点云。
19.另一方面，垂直参考距离区间和水平参考距离的步骤包括：
20.根据激光雷达预设安装高度和船只平均吃水深度的差值，确定垂直参考距离；船只平均吃水深度为船只空载吃水深度与船只满载吃水深度的和值的均值；
21.根据垂直参考距离与预设偏移阈值的和值，确定垂直参考距离区间；
22.根据垂直参考距离与预设入射角度的比值，确定水平参考距离。
23.另一方面，第一确定模块，用于针对多帧候选激光雷达点云中的任意一帧候选激光雷达点云，对任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点对应的法向量进行排序处理，得到第一参考法向量和第二参考法向量；第一参考法向量是任意一帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点对应的法向量中的最大值，第二参考法向量是任意一帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点对应的法向量中的最小值；
24.根据第一参考法向量和第二参考法向量的和值，确定参考法向量区间；
25.基于任意一帧候选激光雷达点云中法向量在参考法向量区间内的任意三个候选激光雷达点的位置数据构建候选水体平面。
26.另一方面，第二确定模块，用于根据任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点的位置数据，确定任意一帧候选激光雷达点云对应的垂直距离均值和垂直距离标准差值；
27.根据任意一帧候选激光雷达点云对应的垂直距离均值和垂直距离标准差值的差值，确定任意一帧候选激光雷达点云对应的垂直偏移距离区间。
28.另一方面，上述激光雷达点云的处理装置还包括：重复模块，用于在根据任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点的位置数据，确定任意一帧候选激光雷达点云对应的垂直偏移距离区间之后，还包括：
29.当多帧候选激光雷达点云中存在目标帧候选激光雷达点云，对目标帧激光雷达候选点云的下一帧候选激光雷达点云执行构建候选水体平面的步骤，直至在预设循环次数内下一帧候选激光雷达点云中与候选水体平面的距离小于预设距离阈值的候选激光雷达点的数量大于预设数量阈值，得到下一帧候选激光雷达点云对应的目标水体平面；
30.根据下一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点的位置数据，确定下一帧候选激光雷达点云对应的垂直偏移距离区间；
31.当多帧候选激光雷达点云中存在预设数量个连续的参考帧候选激光雷达点云，基于目标水体平面对每帧待处理激光雷达点云进行水面回波过滤处理，得到目标激光雷达点云；参考帧候选激光雷达点云中参考激光雷达候选点的数量与参考帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点的总数量的比值大于预设比值阈值，参考候选激光雷达点的垂直距离数据在垂直偏移距离区间内。
32.根据本技术的第三方面，提供了一种电子设备，电子设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，至少一条指令或至少一段程序由处理器加载并执行以实现本技术第一方面的激光雷达点云的处理方法。
33.根据本技术的第四方面，提供了一种计算机存储介质，存储介质中存储有至少一条指令或至少一段程序，至少一条指令或至少一段程序由处理器加载并执行以实现本技术第一方面的激光雷达点云的处理方法。
34.根据本技术的第五方面，提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括至少一条指令或至少一段程序，至少一条指令或至少一段程序由处理器加载并执行以实现本技术第一方面的激光雷达点云的处理方法。
35.本技术实施例提供的一种激光雷达点云的处理方法、装置、电子设备及介质，具有如下技术效果：
36.通过获取多帧待处理激光雷达点云，对多帧待处理激光雷达点云中的每帧待处理激光雷达点云进行位置变换处理和筛选处理，得到多帧候选激光雷达点云；针对多帧候选激光雷达点云中的任意一帧候选激光雷达点云，基于任意一帧候选激光雷达点云中任意三个候选激光雷达点的位置数据构建候选水体平面，以及确定任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点与候选水体平面的距离；当任意一帧候选激光雷达点云中与候选水体平面的距离小于预设距离阈值的候选激光雷达点的数量小于预设数量阈值时，执行构建候选水体平面的步骤，直至在预设循环次数内任意一帧候选激光雷达点云中与候选水体平面的距离小于预设距离阈值的候选激光雷达点的数量大于预设数量阈值，得到任意一帧候选激光雷达点云对应的目标水体平面；根据任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点的位置数据，确定任意一帧候选激光雷达点云对应的垂直偏移距离区间；当多帧候选激光雷达点云中存在预设数量个连续的参考帧候选激光雷达点云，基于目标水体平面对每帧待处理激光雷达点云进行水面回波过滤处理，得到目标激光雷达点云；参考帧候选激光雷达点云中参考候选激光雷达点的数量与参考帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点的总数量的比值大于预设比值阈值，参考候选激光雷达点的垂直距离数据在垂直偏移距离区间
内。本技术实施例通过结合抽样一致性算法和风生成浪的线性模型，可以提高水面回波的过滤精度。
附图说明
37.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
38.图1是本技术实施例提供的一种应用环境的示意图；
39.图2是本技术实施例提供的一种激光雷达点云的处理方法的流程示意图；
40.图3是本技术实施例提供的一种水平参考距离的示意图；
41.图4是本技术实施例提供的一种激光雷达点云的处理装置的结构示意图；
42.图5是本技术实施例提供的一种用于实现本技术实施例所提供的激光雷达点云的处理方法的电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
43.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施例作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一个实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
44.此处所称的“实施例”是指可包含于本技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本技术实施例的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术实施例能够以除了在这里图示或描述以外的顺序实施。此外，术语“包括”、“具有”和“为”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
45.可以理解的是，在本技术的具体实施方式中，涉及到点云数据等相关的数据，当本技术以上实施例运用到具体产品或技术中时，需要获得用户许可或者同意，且相关数据的收集、使用和处理需要遵守相关国家和地区的相关法律法规和标准。
46.请参阅图1，图1是本技术实施例提供的一种应用环境的示意图，该应用环境中可以包括客户端10和服务器20。客户端10与服务器20可以通过有线或无线通信方式进行直接或间接地连接。
47.在一些可能的实施例中，客户端10可以向服务器20发送待处理激光雷达点云数据。服务器可以提供激光雷达点云处理服务，通过构建目标水体平面可以过滤水面回波。
48.客户端10可以是智能手机、电脑(如台式电脑、平板电脑、笔记本电脑)、增强现实(augmented reality，ar)/虚拟现实(virtual reality，vr)设备、数字助理、智能语音交互设备(如智能音箱)、智能可穿戴设备、智能家电、车载终端等类型的实体设备，也可以是运
行于实体设备中的软体，比如计算机程序。客户端所对应的操作系统可以是安卓系统(android系统)、ios系统(是由苹果公司开发的移动操作系统)、linux系统(一种操作系统)、microsoft windows系统(微软视窗操作系统)等。
49.服务器20可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、内容分发网络(content delivery network,cdn)以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。其中，服务器可以包括有网络通信单元、处理器和存储器等等。服务器可以为提供图像回传服务。
50.在一些可能的实施方式中，客户端10和服务器20均可以是区块链系统中的节点设备，能够将获取到以及生成的信息共享给区块链系统中的其他节点设备，实现多个节点设备之间的信息共享。区块链系统中的多个节点设备可以配置有同一条区块链，该区块链由多个区块组成，并且前后相邻的区块具有关联关系，使得任一区块中的数据被篡改时都能通过下一区块检测到，从而能够避免区块链中的数据被篡改，保证区块链中数据的安全性和可靠性。
51.目前，对水面回波的处理方式主要有三种方式。第一种是直接将激光雷达点云数据输入至神经网络进行目标的识别，使得神经网络学习过滤水面回波。第二种是使用常规的聚类算法将水面目标进行聚类，然后依据候选目标的大小过滤水面回波。第三种是建立水面回波的多项式线性回归模型来模拟回波。然而，通过神经网络学习过滤水面回波需要采集大量样本进行分析，而水体状况复杂，数据采集难度较大。通过聚类算法结合目标尺寸过滤回波的方法无法有效过滤接近物体的水面回波，容易将水面回波视为物体的一部分。通过建立水面回波的多项式线性回归模型来模拟回波的方式，由于水面回波不仅受水体的运动规律的影响，同时也受水体所含杂质的影响，这就导致难以准确建立水面会比的多项式线性回归模型。
52.下面介绍本技术一种道激光雷达点云的处理方法的具体实施例，图2是本技术实施例提供的一种激光雷达点云的处理方法的流程示意图。本说明书提供了如实施例或流程图所示的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序，在实际执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
53.具体如图2所示，该激光雷达点云的处理方法可以包括：
54.s201：获取多帧待处理激光雷达点云，对多帧待处理激光雷达点云中的每帧待处理激光雷达点云进行位置变换处理和筛选处理，得到多帧候选激光雷达点云。
55.本技术实施例中，可以将激光雷达安装在船只的中间位置，并以船只的前进方向为x轴正方向，船只水平向右的方向为y轴正方向，垂直船只向上方向为z轴正方向建立坐标系。由于船载激光雷达在水面上是运行状态，因此需要对获取的激光雷达点云进行运动补偿处理。
56.在一些可能的实施方式中，可以获取多帧待处理激光雷达点云，并根据多帧待处理激光雷达点云中每帧待处理激光雷达点云的位置数据与预设变换数据的乘积，得到每帧待处理激光雷达点云位置变换处理后的变换激光雷达点云。位置变换处理的具体方式如
下：
[0057][0058]
其中，[x0,y0,z0,1]
t
可以表示位置变换处理前激光雷达点的位置数据，[x1,y1,z1,1]
t
可以表示位置变换处理后激光雷达点的位置数据，r
slerp
可以表示预设变换数据，r
slerp
可以对惯性测量单元(inertial measurement unit,imu)测量的数据进行处理得到。
[0059]
一般，水面对激光雷达的反射率约为2％～6％，但在入射角超过40
°
时，反射率会快速减小。并且，由于近船区域的水体受无人艇与水体撞击的影响，其高度存在很大的不稳定性。因此，不需要对近船区域的水体进行分析。同时，考虑到远处可能有较大的水浪、其他船只、礁石等，不能使用所有的变换激光雷达点云进行水体平面的拟合，需要设置垂直参考距离区间和水平参考距离来对每帧待处理激光雷达点云位置变换处理后的变换激光雷达点云进行筛选。
[0060]
图3是本技术实施例提供的一种水平参考距离的示意图。在得到每帧待处理激光雷达点云位置变换处理后的变换激光雷达点云之后，可以根据激光雷达预设安装高度和船只平均吃水深度的差值，确定垂直参考距离，其中，船只平均吃水深度为船只空载吃水深度与船只满载吃水深度的和值的均值。然后可以根据垂直参考距离与预设偏移阈值的和值，确定垂直参考距离区间，并可以根据垂直参考距离与预设入射角度的比值，确定水平参考距离。垂直参考距离和水平参考距离的具体计算公式如下：
[0061][0062][0063]
其中，l
min
可以表示水平参考距离，即水体与激光雷达之间的最小水平距离，h可以表示垂直参考距离，h
installation
可以表示激光雷达预设安装高度，即激光雷达距离船底的高度，h
empty
可以表示船只空载吃水深度，h
full
可以表示船只满载吃水深度。
[0064]
在一些可能的实施方式中，针对每帧变换激光雷达点云中的变换激光雷达点，可以将垂直距离数据在垂直参考距离区间内，且水平距离数据小于水平参考距离的变换激光雷达点确定为变换激光雷达点云筛选处理后的候选激光雷达点云，得到多帧候选激光雷达点云。即变换激光雷达点需要满足以下条件：
[0065]
pm＝{p
im
|h-h
offset
≤z
im
≤h h
offset
&&l
im
》l
min
,i＝1,2,...,n}
[0066]
其中，m可以表示变换激光雷达点云对应的帧的编号，i可以表示变换激光雷达点的编号，pm可以表示第m帧变换激光雷达点云筛选处理后的候选激光雷达点云，p
im
可以表示第m帧变换激光雷达点云中第i个变换激光雷达点，h可以表示垂直参考距离，h
offset
可以表示预设偏移阈值，即以h为中心上下偏移值，其可以根据实际情况设置，z
im
可以表示第m帧变换激光雷达点云中第i个变换激光雷达点对应的z坐标值，l
im
可以表示第m帧变换激光雷达点云筛选处理后的候选激光雷达点云与水体的水平距离，n可以表示第m帧变换激光雷达点云中变换激光雷达点的数量。
[0067]
s203：针对多帧候选激光雷达点云中的任意一帧候选激光雷达点云，基于任意一帧候选激光雷达点云中任意三个候选激光雷达点的位置数据构建候选水体平面，以及确定任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点与候选水体平面的距离。
[0068]
在一些可能的实施方式中，针对多帧候选激光雷达点云中的任意一帧候选激光雷达点云，可以基于任意一帧候选激光雷达点云中的任意三个候选激光雷达点的位置数据构建候选水体平面。
[0069]
考虑到波浪的形状，水体平面所处位置处的激光雷达点的法向量方向应该处于排序后的中间区域。在一些可能的实施方式中，针对多帧候选激光雷达点云中的任意一帧候选激光雷达点云，可以对任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点对应的法向量进行排序处理，得到任意一帧候选激光雷达点云对应的法向量集合θm＝{θ
im
│
i＝1，2，...n}、第一参考法向量和第二参考法向量。其中，第一参考法向量可以是任意一帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点对应的法向量中的最大值，第二参考法向量可以是任意一帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点对应的法向量中的最小值。然后可以根据第一参考法向量和第二参考法向量的和值，确定参考法向量区间，并基于任意一帧候选激光雷达点云中法向量在参考法向量区间内的任意三个候选激光雷达点的位置数据构建候选水体平面。其中，任意三个候选激光雷达点中每个候选激光雷达点需要满足以下条件：
[0070][0071]
其中，p
planem
可以表示用来拟合水体平面的激光雷达点集，p
im
可以表示第m帧变换激光雷达点云中第i个变换激光雷达点，θ
max
可以表示第一参考法向量，θ
min
可以表示第二参考法向量，θ
im
可以表示第m帧变换激光雷达点云中第i个变换激光雷达点对应的法向量。
[0072]
通过根据波浪的形状，对每个候选激光雷达点对应的法向量进行排序，并从中选取位于中间位置的任意三个激光雷达点构建候选水体平面，可以减少参与运算的激光雷达点的数量，可以增加收敛速度，提高过滤水面回波的效率。
[0073]
本技术实施例中，可以在任意选取三个候选激光雷达点之后，可以根据以下公式构建候选水体平面：
[0074]am
x bmy cmz dm＝0
[0075]
s205：当任意一帧候选激光雷达点云中与候选水体平面的距离小于预设距离阈值的候选激光雷达点的数量小于预设数量阈值时，执行构建候选水体平面的步骤，直至在预设循环次数内任意一帧候选激光雷达点云中与候选水体平面的距离小于预设距离阈值的候选激光雷达点的数量大于预设数量阈值，得到任意一帧候选激光雷达点云对应的目标水体平面。
[0076]
本技术实施例中，在基于任意一帧候选激光雷达点云中法向量在参考法向量区间内的任意三个候选激光雷达点的位置数据构建候选水体平面之后，可以计算任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点与候选水体平面的距离。可以采用如下公式计算任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点与候选水体平面的距离：
[0077][0078]
若候选激光雷达点与候选水体平面的距离小于预设距离阈值，可以将候选激光雷达点认为是该候选水体平面内样本点，否则，可以将候选激光雷达点认为是该候选水体平面外样本点。例如，预设距离阈值可以用d
threshold
表示，当d
im
≤d
threshold
时，可以将候选激光雷达点记为候选水体平面内样本点p
innerm
。当d
im
＞d
threshold
时，可以将候选激光雷达点记为候选水体平面外样本点。在预设循环次数内，当任意一帧候选激光雷达点云中候选水体平面内样本点的数量大于预设数量阈值时，可以将任意一帧候选激光雷达点云对应的候选水体平面确定为目标水体平面。即在预设循环次数内，当p
innerm
＞t时，可以将其对应的候选水体平面作为目标水体平面。否则，重新从s203开始运行，重新选择一帧候选激光雷达点云进行处理。
[0079]
其中，预设循环次数可以是随机抽样一致算法(random sample consensus,ransac)规定的循环次数，预设数量阈值可以是固定值，也可以是变化值，例如，预设数量阈值可以是在预设循环次数内候选水体平面内样本点的数量的最大值。
[0080]
s207：根据任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点的位置数据，确定任意一帧候选激光雷达点云对应的垂直偏移距离区间。
[0081]
基于风生成波浪的线性理论，波浪高程值统计分布符合正态分布。对于正态分布，落入其均值左右各1、2、3倍标准差的概率分别是68％、95％、99.7％。因此，可以根据均值左右3倍的标准差确定垂直偏移距离区间。在一些可能的实施方式中，可以根据任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点的位置数据，确定任意一帧候选激光雷达点云对应的垂直距离均值和垂直距离标准差值，然后可以根据任意一帧候选激光雷达点云对应的垂直距离均值和垂直距离标准差值的差值，确定任意一帧候选激光雷达点云对应的垂直偏移距离区间。具体地，可以计算任意一帧候选激光雷达点云对应的z坐标均值和z坐标标准差，然后确定如下所示的垂直偏移距离区间：
[0082]
ε
m-3δm≤z
im
≤εm 3δm[0083]
其中，可以表示第m帧候选激光雷达点云对应的z坐标均值，可以表示第m帧候选激光雷达点云对应的z坐标标准差值，z
im
可以表示第m帧候选激光雷达点云中第i个候选激光雷达点对应的z坐标值。
[0084]
s209：当多帧候选激光雷达点云中存在预设数量个连续的参考帧候选激光雷达点云，基于目标水体平面对每帧待处理激光雷达点云进行水面回波过滤处理，得到目标激光雷达点云；参考帧候选激光雷达点云中参考候选激光雷达点的数量与参考帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点的总数量的比值大于预设比值阈值，参考候选激光雷达点的垂直距离数据在垂直偏移距离区间内。
[0085]
本技术实施例中，当多帧候选激光雷达点云中存在目标帧候选激光雷达点云，可以对目标帧激光雷达候选点云的下一帧候选激光雷达点云执行构建候选水体平面的步骤，直至在预设循环次数内下一帧候选激光雷达点云中与候选水体平面的距离小于预设距离阈值的候选激光雷达点的数量大于预设数量阈值，得到下一帧候选激光雷达点云对应的目标水体平面。然后可以根据下一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点的位置数据，
确定下一帧候选激光雷达点云对应的垂直偏移距离区间。当多帧候选激光雷达点云中存在预设数量个连续的参考帧候选激光雷达点云，基于目标水体平面对每帧待处理激光雷达点云进行水面回波过滤处理，得到目标激光雷达点云；参考帧候选激光雷达点云中参考激光雷达候选点的数量与参考帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点的总数量的比值大于预设比值阈值，参考候选激光雷达点的垂直距离数据在垂直偏移距离区间内。
[0086]
本技术实施例中，针对每帧待处理激光雷达点云可以采用如下方式记录其对应的参数：
[0087]fm
＝{am，bm，cm，dm，εm，δm，pm，p
planem
，conm}
[0088]
其中，am、bm、cm、dm可以表示第m帧待处理激光雷达点云对应的目标水体平面，εm可以表示第m帧待处理激光雷达点云对应的z坐标均值，δm可以表示第m帧待处理激光雷达点云对应的z坐标标准差值，pm可以表示第m帧变换激光雷达点云筛选处理后的候选激光雷达点云，p
planem
可以表示用来拟合水体平面的激光雷达点集，conm可以表示第m帧待处理激光雷达点，com的初始值可以为1。
[0089]
本技术实施例中，在确定任意一帧候选激光雷达点云对应的目标水体平面和垂直偏移距离区间之后，可以判断该帧候选激光雷达点云的下一帧候选激光雷达点云中垂直距离数据在垂直偏移距离区间内的候选激光雷达点的数量与下一帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点的总数量的比值是否大于预设比值阈值。比值的具体计算公式如下：
[0090][0091]
其中，mun
εm 1-3
δ
m 1≤zim 1≤εm 1 3δm 1
可以表示第m 1帧候选激光雷达点云中垂直距离数据在垂直偏移距离区间内的候选激光雷达点的数量，mun
all
可以表示第m 1帧候选激光雷达点云候选激光雷达点的总数量。
[0092]
若该帧候选激光雷达点云的下一帧候选激光雷达点云中垂直距离数据在垂直偏移距离区间内的候选激光雷达点的数量与下一帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点的总数量的比值大于预设比值阈值，则将该帧候选激光雷达点云的下一帧候选激光雷达点云作为参考帧候选激光雷达点云，并继续判断下一帧候选激光雷达点云中垂直距离数据在垂直偏移距离区间内的候选激光雷达点的数量与下一帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点的总数量的比值是否大于预设比值阈值。当存在预设数量个连续的下一帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点的总数量的比值大于预设比值阈值，即存在预设数量个连续的参考帧候选激光雷达点云时，则基于目标水体平面对每帧待处理激光雷达点云进行水面回波过滤处理，得到目标激光雷达点云。
[0093]
在一种可能的实施方式中，可以基于目标水体平面将每帧待处理激光雷达点云位置变换处理后的变换激光雷达点云中垂直距离数据在垂直偏移距离区间内的变换激光雷达点删除，即进行水面回波过滤处理，得到目标激光雷达点云。具体的删除公式如下：
[0094]
p
clear_smalln
＝pn\p
wave_smalln
[0095]
p
wave_smalln
＝{p
in
|ε
final-3δ
final
≤z
in
≤ε
final
3δ
final
}
[0096]
其中，p
clear_smalln
可以表示第n帧变换激光雷达点云对应的目标激光雷达点云，p
wave_smalln
可以表示第n帧变换激光雷达点云中的水面回波，z
in
可以表示第n帧候选激光雷达点云中第i个候选激光雷达点对应的z坐标值,p
in
可以表示第n帧变换激光雷达点云中第i
个变换激光雷达点，ε
final
可以表示目标水体平面对应帧待处理激光雷达点云的z坐标均值，δm可以表示目标水体平面对应帧待处理激光雷达点云对应的z坐标标准差值。
[0097]
若在判断下一帧候选激光雷达点云中垂直距离数据在垂直偏移距离区间内的候选激光雷达点的数量与下一帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点的总数量的比值是否大于预设比值阈值的过程中，存在一帧候选激光雷达点云中垂直距离数据在垂直偏移距离区间内的候选激光雷达点的数量与下一帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点的总数量的比值小于预设比值阈值，可以该帧的下一帧候选激光雷达点云确定为任意一帧候选激光雷达点云，并重复s203～s209基于目标水体平面对每帧待处理激光雷达点云进行水面回波过滤处理，得到目标激光雷达点云。
[0098]
采用本技术实施例提供的激光雷达点云的处理方法，通过根据波浪的形状，对每个候选激光雷达点对应的法向量进行排序，并从中选取位于中间位置的任意三个激光雷达点构建候选水体平面，可以减少参与运算的激光雷达点的数量，可以增加收敛速度，提高过滤水面回波的效率。根据确定任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点与候选水体平面的距离确定的水体平面内样本点以及基于风生成波浪的线性理论确定的垂直偏移距离区间来确定目标水体平面，可以提高水面回波的过滤精度。
[0099]
本技术实施例还提供的一种激光雷达点云的处理装置，图4是本技术实施例提供的一种激光雷达点云的处理装置的结构示意图，如图4所示，该激光雷达点云的处理装置可以包括：
[0100]
获取模块401，用于获取多帧待处理激光雷达点云，对多帧待处理激光雷达点云中的每帧待处理激光雷达点云进行位置变换处理和筛选处理，得到多帧候选激光雷达点云；
[0101]
第一确定模块403，用于针对多帧候选激光雷达点云中的任意一帧候选激光雷达点云，基于任意一帧候选激光雷达点云中任意三个候选激光雷达点的位置数据构建候选水体平面，以及确定任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点与候选水体平面的距离；
[0102]
循环模块405，用于当任意一帧候选激光雷达点云中与候选水体平面的距离小于预设距离阈值的候选激光雷达点的数量小于预设数量阈值时，执行构建候选水体平面的步骤，直至在预设循环次数内任意一帧候选激光雷达点云中与候选水体平面的距离小于预设距离阈值的候选激光雷达点的数量大于预设数量阈值，得到任意一帧候选激光雷达点云对应的目标水体平面；
[0103]
第二确定模块407，用于根据任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点的位置数据，确定任意一帧候选激光雷达点云对应的垂直偏移距离区间；
[0104]
过滤模块409，用于当多帧候选激光雷达点云中存在预设数量个连续的参考帧候选激光雷达点云，基于目标水体平面对每帧待处理激光雷达点云进行水面回波过滤处理，得到目标激光雷达点云；参考帧候选激光雷达点云中参考候选激光雷达点的数量与参考帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点的总数量的比值大于预设比值阈值，参考候选激光雷达点的垂直距离数据在垂直偏移距离区间内。
[0105]
在一些可能的实施方式中，获取模块，用于获取多帧待处理激光雷达点云；
[0106]
根据多帧待处理激光雷达点云中每帧待处理激光雷达点云的位置数据与预设变换数据的乘积，得到每帧待处理激光雷达点云位置变换处理后的变换激光雷达点云；
[0107]
针对每帧变换激光雷达点云中的变换激光雷达点，将垂直距离数据在垂直参考距离区间内，且水平距离数据小于水平参考距离的变换激光雷达点确定为变换激光雷达点云筛选处理后的候选激光雷达点云，得到多帧候选激光雷达点云。
[0108]
在一些可能的实施方式中，垂直参考距离区间和水平参考距离的步骤包括：
[0109]
根据激光雷达预设安装高度和船只平均吃水深度的差值，确定垂直参考距离；船只平均吃水深度为船只空载吃水深度与船只满载吃水深度的和值的均值；
[0110]
根据垂直参考距离与预设偏移阈值的和值，确定垂直参考距离区间；
[0111]
根据垂直参考距离与预设入射角度的比值，确定水平参考距离。
[0112]
在一些可能的实施方式中，第一确定模块，用于针对多帧候选激光雷达点云中的任意一帧候选激光雷达点云，对任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点对应的法向量进行排序处理，得到第一参考法向量和第二参考法向量；第一参考法向量是任意一帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点对应的法向量中的最大值，第二参考法向量是任意一帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点对应的法向量中的最小值；
[0113]
根据第一参考法向量和第二参考法向量的和值，确定参考法向量区间；
[0114]
基于任意一帧候选激光雷达点云中法向量在参考法向量区间内的任意三个候选激光雷达点的位置数据构建候选水体平面。
[0115]
在一些可能的实施方式中，第二确定模块，用于根据任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点的位置数据，确定任意一帧候选激光雷达点云对应的垂直距离均值和垂直距离标准差值；
[0116]
根据任意一帧候选激光雷达点云对应的垂直距离均值和垂直距离标准差值的差值，确定任意一帧候选激光雷达点云对应的垂直偏移距离区间。
[0117]
在一些可能的实施方式中，上述激光雷达点云的处理装置还包括：重复模块，用于在根据任意一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点的位置数据，确定任意一帧候选激光雷达点云对应的垂直偏移距离区间之后，还包括：
[0118]
当多帧候选激光雷达点云中存在目标帧候选激光雷达点云，对目标帧激光雷达候选点云的下一帧候选激光雷达点云执行构建候选水体平面的步骤，直至在预设循环次数内下一帧候选激光雷达点云中与候选水体平面的距离小于预设距离阈值的候选激光雷达点的数量大于预设数量阈值，得到下一帧候选激光雷达点云对应的目标水体平面；
[0119]
根据下一帧候选激光雷达点云中每个候选激光雷达点的位置数据，确定下一帧候选激光雷达点云对应的垂直偏移距离区间；
[0120]
当多帧候选激光雷达点云中存在预设数量个连续的参考帧候选激光雷达点云，基于目标水体平面对每帧待处理激光雷达点云进行水面回波过滤处理，得到目标激光雷达点云；参考帧候选激光雷达点云中参考激光雷达候选点的数量与参考帧候选激光雷达点云中候选激光雷达点的总数量的比值大于预设比值阈值，参考候选激光雷达点的垂直距离数据在垂直偏移距离区间内。
[0121]
本技术实施例中的装置与方法实施例基于同样的申请构思。
[0122]
本技术实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器和存储器，该存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，该至少一条指令或该至少一段程序由该处理器加载并执行以实现如上述方法实施例所提供的激光雷达点云的处理方法。
[0123]
图5是本技术实施例提供的一种用于实现本技术实施例所提供的激光雷达点云的处理方法的电子设备的硬件结构示意图，电子设备可以参与构成或者包含本技术实施例所提供的激光雷达点云的处理装置。如图5所示，电子设备可以包括一个或者多个(图中采用501a、501b来示出)处理器501(处理器501可以包括但不限于微处理器501mcu或可编程逻辑器件fpga等处理装置)、用于存储数据的存储器503、以及用于通信功能的传输装置505。除此以外，还可以包括：显示器、输入/输出接口(i/o接口)、通用串行总线(usb)端口(可以作为i/o接口的端口中的一个端口被包括)、网络接口和/或电源。本领域普通技术人员可以理解，图5所示的结构仅为示意，其并不对上述电子设备的结构造成限定。例如，电子设备还可以包括比图5中所示更多或者更少的组件，或者具有与图5所示不同的配置。
[0124]
应当注意到的是上述一个或多个处理器501和/或其他数据处理电路在本技术中通常可以被称为“数据处理电路”。该数据处理电路可以全部或部分的体现为软件、硬件、固件或其他任意组合。此外，数据处理电路可为单个独立处理模块，或全部或部分的结合到电子设备(或移动设备)中的其他元件中的任意一个内。如本技术实施例中所涉及到的，该数据处理电路作为一种处理器501控制(例如与接口连接的可变电阻终端路径的选择)。
[0125]
存储器503可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本技术实施例中的激光雷达点云的处理方法对应的程序指令/数据存储装置，处理器501通过运行存储在存储器503内的软件程序以及模块，从未执行各功能应用以及数据处理，即实现上述的一种激光雷达点云的处理方法。存储器503可包括高速随机存储其，还可包括非易失性随机存储器503，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器503。在一些可能的实施例中，存储器503可以进一步包括相对于处理远程设置的存储器503，这些远程存储器503可以通过网络连接值电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0126]
传输装置505用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可以包括电子设备的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置505包括一个网络适配器(networkinterfacecontroller,nic)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置505可以为射频(radiofrequency,rf)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
[0127]
显示器可以例如触摸屏式的液晶显示器(led)，该液晶显示器可使得用户能够与电子设备(或移动设备)的用户界面进行交互。
[0128]
本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，该存储介质可设置于电子设备之中以保存用于实现方法实施例中一种激光雷达点云的处理方法相关的至少一条指令或至少一段程序，该至少一条指令或该至少一段程序由该处理器加载并执行以实现上述方法实施例提供的激光雷达点云的处理方法。
[0129]
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以位于计算机网络的多个网络服务器中的至少一个网络服务器。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：u盘、只读存储器(read-only memory,rom)、随机存取存储器(random access memory,ram)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0130]
需要说明的是：上述本技术实施例的先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣，且上述本说明书对特定的实施例进行了描述，其他实施例也在所附权利要求书的范围
内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或者步骤可以按照不同的实施例中的顺序来执行并且能够实现预期的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出特定顺序或者而连接顺序才能够实现期望的结果，在某些实施方式中，多任务并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0131]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的均为与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置和电子设备的实施例而言，由于其基于相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0132]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。