用于激光雷达的点云处理方法及装置、存储介质与流程

1.本技术实施例涉及激光雷达中点云数据处理技术，尤其涉及一种用于激光雷达的点云处理方法及装置、存储介质。


背景技术：

2.随着工业智能化的发展，自动驾驶、机器人避障、智慧城市的车路协同以及测绘领域等，对3d感知技术尤其是激光雷达技术的需求日益增加。在利用激光雷达进行环境感知的情况下，经常存在这样一种情况：由于激光雷达的发射光存在发散角，形成的光斑覆盖有一定面积，当某束光斑同时照射于前后两个物体且相互之间相距较近的物体边界处时，产生的回波就会叠加到一起。如图2所示，虚线为一束光斑同时打到前后两个物体且相互之间相距较近的物体边界处分别形成的回波，实线为实际叠加后的回波信号。由于不能区分前后两个物体分别形成的回波，实际信号处理中是根据叠加后的回波信号进行距离计算，计算与物体之间的距离会存在极大的偏差，因此会导致处于同方向上的前后物体边缘间出现漂浮的虚假点云，即出现点云粘连现象。对于自动驾驶车辆而言，若前方有两个障碍物相邻较近，很容易出现点云粘连现象，自动驾驶车辆根据出现粘连的点云进行感知，将会影响自动驾驶车辆的感知路线规划等算法，影响车速调整等发生。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术实施例提供一种用于激光雷达的点云处理方法及装置、存储介质。
4.根据本技术实施例的第一方面，提供一种用于激光雷达的点云处理方法，包括：根据预设的角度范围以及分辨率，将激光雷达的点云划分为不同的栅格；遍历每个栅格内的所有点，获取栅格内最近点以及最远点，进行粘连点处理；所述粘连点处理包括：保留栅格内最近点以及最远点的一定距离范围内的点，将其余的点确定为粘连点；将所述粘连点删除。
5.在一些示例性的实施例中，所述保留最近点以及最远点的一定距离范围内的点，将其余的点确定为粘连点，包括：保留最近点的第一设定距离范围内的点以及最远点的第二设定距离范围内的点，将所述栅格内的其余的点确定为粘连点。
6.在一些示例性的实施例中，所述方法还包括：计算所述最近点的距离和所述最远点的距离之间的差值，在所述差值大于第一设定阈值的情况下，进行粘连点处理。
7.在一些示例性的实施例中，所述将激光雷达的点云划分为不同的栅格，包括：将所述激光雷达的点云转换为以球坐标系表征；将所述球坐标系表征的点云划分为不同的栅格；其中，每个栅格中的点的数量大
于或等于设定值。
8.在一些示例性的实施例中，所述方法还包括：根据所述激光雷达的点云的坐标信息，将所述激光雷达的点云划分至不同的栅格。
9.在一些示例性的实施例中，所述方法还包括：将激光雷达的点云中距离小于第二设定阈值的区域确定为感兴趣区域（region of interest，roi）；对应地，所述将激光雷达的点云划分为不同的栅格，包括：将roi包含的点云划分为不同的栅格。
10.根据本技术实施例的第二方面，提供一种用于激光雷达的点云处理装置，包括：划分单元，用于根据预设的角度范围以及分辨率，将激光雷达的点云划分为不同的栅格；获取单元，用于遍历每个栅格内的所有点云，获取栅格内最近点以及最远点；粘连点处理单元，用于进行粘连点处理；所述粘连点处理包括：保留最近点以及最远点的一定距离范围内的点云，将其余的点云确定为粘连点；删除单元，用于将所述粘连点删除。
11.在一些示例性的实施例中，所述第一确定单元，还用于：保留最近点的第一设定距离范围内的点，以及最远点的第二设定距离范围内的点，将栅格内的其余的点确定为粘连点。
12.在一些示例性的实施例中，所述装置还包括：计算单元，用于计算所述最近点的距离和所述最远点的距离之间的差值，在所述差值大于第一设定阈值的情况下，触发所述粘连点处理单元进行粘连点处理。
13.在一些示例性的实施例中，所述划分单元，还用于：将所述激光雷达的点云转换为以球坐标系表征；将所述球坐标系表征的点云进行栅格化处理；其中，每个栅格中的点云的数量大于或等于设定值。
14.在一些示例性的实施例中，所述划分单元，还用于：根据所述激光雷达的点云的坐标信息，将所述激光雷达的点云划分至不同的栅格。
15.在一些示例性的实施例中，所述装置还包括：第二确定单元，用于将距离小于第二设定阈值的区域确定为点云的roi；对应地，所述划分单元，还用于：将roi包含的点云划分为不同的栅格。
16.根据本技术实施例的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的用于激光雷达的点云处理方法的步骤。
17.本技术实施例中，根据预设的角度范围以及分辨率，将激光雷达的点云划分为不同的栅格，遍历每个栅格内的所有点，获取栅格内最近点以及最远点，保留最近点以及最远点的一定距离范围内的点，将其余的点确定为粘连点，将所述粘连点删除。由于去除了包含有粘连现象的点，基于本技术实施例处理后的点云进行障碍物尺寸感知时更准确，有利于
自动驾驶车辆等真实的障碍物尺寸确定相应的路线规划，能准确对障碍物进行避让等，大大方便了自动驾驶中的路径规划，保证了行车安全；本技术实施例还支持先确定可能出现粘连的区域，仅对可能出现粘连的区域进行粘连点的确定并删除，而提升点云处理效率。
附图说明
18.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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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他的附图。
19.图1示出了点云数据发生粘连的场景示意图；图2示出了发生粘连的激光信号的回波信号示意图；图3示出了点云图中发生粘连的点云示意图；图4为本技术实施例的用于激光雷达的点云处理方法的流程示意图；图5为本技术实施例的用于激光雷达的点云处理方法的示例示意图；图6为本技术实施例的点云栅格化处理后的分布示意图；图7示出了点云图中删除了粘连点的点云示意图；图8为本技术实施例的用于激光雷达的点云处理装置的组成结构示意图。
具体实施方式
20.以下结合附图，详细阐明本技术实施例技术方案的实质。
21.图1示出了点云数据发生粘连的场景示意图，如图1所示，由于激光雷达的发射的激光光斑有一定大小，当一束激光光斑照射于前后两个物体且相互之间相距较近的物体边界处（该距离和发光脉冲宽度有关），产生的回波就会叠加到一起，实际信号处理中是根据叠加后的回波信号进行距离计算，这样会导致所算结果与物体之间的距离会存在极大的偏差，导致感知算法处理得到的障碍物的尺寸偏离真实值。
22.图2示出了发生粘连的激光信号的回波信号示意图，如图2所示，虚线所示为一束光斑同时照射于前后两个物体且相距较近的物体边界处分别形成的回波信号，实线所示为实际叠加后的回波信号。激光雷达根据图2中实线所示叠加后的回波信号对物体的距离进行计算时，将与实际距离存在较大的偏差。实际应用中如自动驾驶车辆行进方向存在相邻较近的障碍物，会影响自动驾驶车辆的路线规划，无法正常通行。
23.图3示出了点云图中发生粘连的点云示意图，如图3所示，在完整的点云图上，点云粘连表现为处于同方向上的前后物体边缘间会出现漂浮的点云，如图3中圆圈中所示的点云。
24.图4为本技术实施例的用于激光雷达的点云处理方法的流程示意图，如图4所示，本技术实施例的用于激光雷达的点云处理方法包括以下步骤：步骤401，根据预设的角度范围以及分辨率，将激光雷达的点云划分为不同的栅格。
25.本技术实施例中，为了避免激光雷达的点云中存在粘连点，对整个激光雷达的点云进行粘连点的查找并进行删除。
26.具体地，根据预设的角度范围以及分辨率，将点云按照球坐标系栅格化。将激光雷达的点云转换为以球坐标系表征；根据预设的角度范围以及分辨率，将所述球坐标系表征的点云进行栅格化处理，其中，每个栅格中的点的数量大于或等于设定值。本技术实施例中，将点云划分栅格的目的，是依据点云的分布特点按栅格进行粘连点的查找。由于栅格包含一定数量的点，从而使栅格内较大概率会包含照射在前面物体的点，粘连点和照射在后面物体的点，因此，划分为栅格可以提高粘连点的查找准确率及查找效率。这里的设定值可以设置为4，即保证一个子栅格中点的数量维持于4个左右。具体地，该设定值也可以为5、或6等。本技术实施例中不作限定。在栅格划分时，为保证每个栅格中的点数量，可以根据预设的角度范围以及点云数据的分辨率来调整栅格的大小，以使每个栅格中的点的数量维持在设定值左右。
27.本技术实施例中，可以根据所述激光雷达的点云的坐标信息，将所述激光雷达的点云划分至不同的栅格。即根据点云的坐标值确定其落入哪个栅格中，将该点云划分至相应栅格中。当栅格中的点云数量不满足上述设定数量的情况下，可以根据点云的分辨率，调整栅格的分配角度范围，最终使每个栅格内的点云数量均保持在设定值数量左右。
28.步骤402，遍历每个栅格内的所有点，获取栅格内最近点以及最远点，进行粘连点处理。
29.这里，所述粘连点处理包括：保留栅格内最近点以及最远点的一定距离范围内的点，将其余的点确定为粘连点。
30.本技术实施例中，针对所划分后的每个栅格，获取每个栅格中的点的测距值，确定栅格中的最远点和最近点。查找出与所述最近点距离位于第一设定距离范围内的点云，以及与所述最远点距离位于第二设定距离范围内的点，将所查找的最近点以及最远点的一定距离范围内的点之外的点确定为所述粘连点。
31.本技术实施例中，第一设定距离范围可以与第二设定距离范围相同。例如，第一设定距离范围可以设置为不超过0.06m的范围，当栅格内的最近点的附近0.06m范围内的点，认为是正常点，其余的点则为粘连点。作为一种示例，第二设定距离范围可以设置为不超过0.06m的范围，当栅格内的最远点附近0.06m范围内的点，认为是正常点，其余的点则为粘连点。本领域技术人员应当理解，上述第一设定距离范围、第二设定距离范围仅为示例性说明，并非是限定。
32.本技术实施例中，第一设定距离范围与第二设定距离范围也可以不相同。例如，第一设定距离范围可以设置为不超过0.06m的范围，当栅格内的最近点的附近0.06m范围内的点，认为是正常点，其余的点则为粘连点。作为一种示例，第二设定距离范围可以设置为不超过0.08m的范围，当栅格内的最远点附近0.08m范围内的点云，认为是正常点云，其余的点则为粘连点。本领域技术人员应当理解，上述第一设定距离范围、第二设定距离范围仅为示例性说明，并非是限定。
33.本技术实施例中，由于在通常情况下，通过将点云划分为栅格，未包含粘连点的正常栅格中的点通常都处在一定距离范围内，为避免正常点的误删除，在确定粘连点的过程中，先计算所述最近点的距离和所述最远点的距离之间的差值，在所述差值大于第一设定阈值的情况下，将栅格内最近点以及最远点一定距离范围之外的点删除。也就是说，可以对栅格内的最近点和最远点之间的距离差值进行确定，只有在距离差值超过第一设定阈值的
情况下，才认定该栅格区域内存在粘连点，再确定最近点第一设定距离范围内的点，以及最远点第二设定距离范围内的点，将所查找出的最近点及最远点设定距离范围之外的点均作为粘连点进行删除。如第一设定阈值可以设置为0.4m，当栅格中的最远点云的距离与最近点云的距离之间的差值大于0.4m的情况下，认为栅格中存在粘连点云。
34.步骤403，将所述粘连点删除。
35.本技术实施例中，为提升点云处理效率，还可以对可能出现点云粘连的区域进行预判断，将可能出现点云粘连的区域尽可能确定出，并将不同区域内的粘连点进行删除。
36.本技术实施例中，首先确定激光雷达可能产生粘连点的相关区域，以便直接在相关区域进行粘连点的判断，以节省点云识别的运算资源，提升粘连点识别的处理效率。当障碍物与激光雷达之间的距离较近如小于1.6m的情况下，激光雷达的回波信号的脉宽较宽，两个距离较近的障碍物的激光回波信号叠加到一起的概率增加，导致产生粘连现象。而距离远的回波脉宽较窄，所以两个距离较近的障碍物的回波叠加到一起的可能性会降低，因此，本技术实施例中，将距离小于第二设定阈值的区域确定为点云的感兴趣区域（region of interest， roi），roi即为容易出现粘连点的区域。本技术实施例中，先确定出可能产生粘连点的roi区域，以便仅在roi区域中进行粘连点的查找及删除等处理，不必对整个激光雷达的所有点云进行粘连点的查找，从而大大提升点云处理的效率。因此，点云的roi区域可以根据距离或者其他可能产生粘连点的区域进行选取，通过确定出点云的roi区域，可以将激光雷达的原始点云分为roi点云和非roi点云。这里，第二设定阈值可以为1.6m，本领域技术人员应当理解，该第二设定阈值也可以是其他数值如1.7m、2.1m等，仅为示例性说明。
37.本技术实施例中，根据点云的距离确定障碍物可能导致的粘连现象，如当根据回波信号确定的点所在距离小于1.6m的范围内时，容易产生点云粘连的现象，可以将所采集的点云中，点距离小于1.6m的点所在区域均确定为roi区域。本技术实施例中，也可以根据障碍物的大致形状，将障碍物的边缘区域划分为roi区域等。
38.将roi区域内所查找出的所有粘连点进行删除，将删除所述粘连点的激光雷达的点云作为有效点云，即将去除粘连点后的roi包含的点云及非roi中的点云确定为有效点云，进行障碍物距离运算及其他数据处理分析等。
39.以下通过具体示例，进一步阐明本技术实施例的技术方案的实质。
40.图5为本技术实施例的用于激光雷达的点云处理方法的示例示意图，如图5所示，本技术实施例的用于激光雷达的点云处理方法包括以下处理步骤：步骤1，对激光雷达所有的回波信号形成的点云选取roi区域，该roi区域可以根据距离或者其他可能产生粘连点的区域选取，将原始点云分为roi点云和非roi点云。
41.由于距离远的回波脉宽较窄，所以两个物体的回波叠加到一起的可能性会降低，因此roi区域可以为一定距离（如小于1.6m）范围内的点云对应的区域。
42.步骤2，根据预设的角度范围和分辨率对点云按极坐标栅格化。对于roi区域的点云的每一个点云中的点云坐标（x，y，z），反算为球坐标系的（element（极角），azimuth（方位角），distance（距离）），然后根据预设的角度范围以及分辨率，将点云中所有点按照球坐标系进行栅格化划分，划分为不同的栅格。
43.栅格化是指根据预设的角度范围和角度分辨率分别计算得到每个点所处的栅格的横纵坐标序号，得到每个点所处栅格的水平和垂直序号（hori_pos和vert_pos）。
44.点云的栅格单元对应的坐标确定示例如下：hori_pos = floor(azimuth-angle_hori_min) / angle_hori_resolutionvert_pos = floor(element-angle_vert_min)/ angle_vert_resolution其中，angle_hori_min, angle_vert_min，表示待处理点最小的水平和垂直角度；angle_hori_resolution，angle_vert_resolution分别表示栅格化水平和垂直的分辨率；floor(arg)为向下取整函数，返回不大于arg的最大整数值。
45.步骤3，计算每个栅格内的最近点和最远点。遍历每个栅格内的所有点，得到最近点的距离以及最远点的距离。
46.图6为本技术实施例的点云栅格化处理后的分布示意图，如图6所示，图中，标号0表示划分后的栅格单元，标号1表示前后两个物体，2表示一种扫描方式的雷达的点云，可以根据雷达扫描分辨率（即点之间的间距）调整栅格大小，从而对栅格内点的数量进行控制，例如使栅格中点的数量至少为4，由于包含一定数量的点从而使栅格内较大概率会包含照射在前面物体的点，粘连点和照射于后面物体的点；例如标号3为包含照射于前面物体的点，粘连点和照射于后面物体的点的栅格；3表示的栅格有一些点（图中示意为1个）刚好照射于前后物体的边界上。
47.步骤4，判断每个栅格内最近点和最远点差值是否大于一定第一设定阈值，如果栅格内最近点和最远点差值大于第一设定阈值，执行步骤5，否则，认为该栅格内不包含粘连点，不执行步骤5的粘连点处理。
48.步骤5，确定每个栅格中与最近点的距离位于第一设定距离范围内的点，及与最远点的距离位于第二设定距离范围内的点，栅格中其余点视为粘连点，需要进行删除。
49.本技术实施例中的这种处理方式会将包含粘连点的栅格中照射于前面障碍物的点和照射于在后面障碍物的点保留，粘连点被删除。而对于未包含粘连点的正常栅格，正常栅格中的点通常都处在一定距离范围内；即最远点的距离和最近点的距离差值小于上述第一设定阈值，不执行上述粘连点删除操作，从而可以保留正常的点云。图7示出了删除了粘连点后的点云示意图，如图7所示。
50.步骤6，删除栅格中的粘连点。将删除粘连点的激光雷达的点云数据作为有效点云数据。
51.图8为本技术实施例的用于激光雷达的点云处理装置的组成结构示意图，如图8所示，本技术实施例的用于激光雷达的点云处理装置包括：划分单元80，用于根据预设的角度范围以及分辨率，将激光雷达的点云划分为不同的栅格；获取单元81，用于遍历每个栅格内的所有点云，获取栅格内最近点以及最远点；粘连点处理单元82，用于进行粘连点处理；所述粘连点处理包括：保留最近点以及最远点的一定距离范围内的点云，将其余的点云确定为粘连点云；删除单元83，用于将所述粘连点云删除。
52.在一些示例性的实施例中，所述粘连点处理单元82，还用于：保留最近点的第一设定距离范围内的点，以及最远点的第二设定距离范围内的点，将栅格内的其余的点确定为粘连点。
53.在图8所示的用于激光雷达的点云处理装置的基础上，本技术实施例的用于激光
雷达的点云处理装置还包括：计算单元（图8中未示出），用于计算所述最近点的距离和所述最远点的距离之间的差值，在所述差值大于第一设定阈值的情况下，触发所述粘连点处理单元进行粘连点处理。
54.在一些示例性的实施例中，所述划分单元80，还用于：将所述激光雷达的点云转换为以球坐标系表征；将所述球坐标系表征的点云进行栅格化处理；其中，每个栅格中的点云的数量大于或等于设定值。
55.在一些示例性的实施例中，所述划分单元80，还用于：根据所述激光雷达的点云的坐标信息，将所述激光雷达的点云划分至不同的栅格。
56.在图8所示的用于激光雷达的点云处理装置的基础上，本技术实施例的用于激光雷达的点云处理装置还包括：确定单元（图8中未示出），用于将距离小于第二设定阈值的区域确定为点云的roi；对应地，所述划分单元80，还用于：将roi包含的点云划分为不同的栅格。
57.在示例性实施例中，划分单元80、获取单元81、粘连点处理单元82、删除单元83、计算单元、确定单元等可以被一个或多个中央处理器（cpu，central processing unit）、图形处理器（gpu，graphics processing unit）、应用专用集成电路（asic，application specific integrated circuit）、dsp、可编程逻辑器件（pld，programmable logic device）、复杂可编程逻辑器件（cpld，complex programmable logic device）、现场可编程门阵列（fpga，field-programmable gate array）、通用处理器、控制器、微控制器（mcu，micro controller unit）、微处理器（microprocessor）、或其他电子元件实现。
58.在本技术实施例中，图8示出的用于激光雷达的点云处理装置中各个单元执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
59.本技术实施例还记载了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器和用于存储处理器可执行指令的存储器，其中，所述处理器被配置为在调用存储器中的可执行指令时，能够执行所述实施例的用于激光雷达的点云处理方法的步骤。
60.本技术实施例还记载了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述实施例的用于激光雷达的点云处理方法的步骤。
61.应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
62.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排
他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
63.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不存在。
64.上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
65.以上所述，仅为本发明的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。