固态激光雷达点云的上色方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及点云上色技术领域，尤其涉及一种固态激光雷达点云的上色方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.随着自动驾驶技术的发展，对建图感知技术的要求也越来越高，而目前用于建图定位感知的激光雷达虽然带有准确的距离信息，但通常不带有颜色信息，颜色信息的缺少会严重影响感知任务，因此需要利用相机获得图像对点云进行上色。现有方案大多数针对360机械式雷达，利用相机与雷达之间的外参关系，进行反投影获得点云颜色，并不适用固态雷达。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种固态激光雷达点云的上色方法、装置、设备及存储介质，以提供一种用于固态激光雷达点云上色的新方法，有效对固态激光雷达点云进行上色。
4.根据本发明的一方面，提供了一种固态激光雷达点云的上色方法，该方法包括：
5.获取相机和固态激光雷达传感器针对目标场景分别采集的目标图像和目标三维点云；
6.根据相机与固态激光雷达传感器之间的外参，以及相机的内参，获取目标三维点云中的各点云点在目标图像所在图像平面上的投影点；
7.获取落入目标图像内的目标投影点，并在所述目标图像中获取与各目标投影点分别对应的像素点范围；
8.使用所述像素点范围内各目标像素点的颜色特征值，对通过目标投影点所关联的点云点进行上色处理。
9.根据本发明的另一方面，提供了一种固态激光雷达点云的上色装置，该装置包括：
10.目标图像和目标三维点云的获取模块，用于获取相机和固态激光雷达传感器针对目标场景分别采集的目标图像和目标三维点云；
11.投影点获取模块，用于根据相机与固态激光雷达传感器之间的外参，以及相机的内参，获取目标三维点云中的各点云点在目标图像所在图像平面上的投影点；
12.像素点范围获取模块，用于获取落入目标图像内的目标投影点，并在所述目标图像中获取与各目标投影点分别对应的像素点范围；
13.点云上色模块，用于使用所述像素点范围内各目标像素点的颜色特征值，对通过目标投影点所关联的点云点进行上色处理。
14.根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
15.至少一个处理器；以及
16.与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
17.所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序
被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的固态激光雷达点云的上色方法。
18.根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的固态激光雷达点云的上色方法。
19.本发明实施例的技术方案，通过获取相机和固态激光雷达传感器针对目标场景分别采集的目标图像和目标三维点云；根据相机与固态激光雷达传感器之间的外参，以及相机的内参，获取目标三维点云中的各点云点在目标图像所在图像平面上的投影点；获取落入目标图像内的目标投影点，并在所述目标图像中获取与各目标投影点分别对应的像素点范围；使用所述像素点范围内各目标像素点的颜色特征值，对通过目标投影点所关联的点云点进行上色处理的技术手段，提供一种用于固态激光雷达点云上色的新方法，有效对固态激光雷达点云进行上色。
20.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
22.图1为本发明实施例一提供的一种固态激光雷达点云的上色方法的流程图；
23.图2为本发明实施例二提供的一种固态激光雷达点云的上色装置的结构示意图；
24.图3为本发明实施例三提供的固态激光雷达点云的上色方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
26.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“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，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
27.实施例一
28.图1为本发明实施例一提供了一种固态激光雷达点云的上色方法的流程图，本实施例可适用于对由固态激光雷达传感器采集的点云进行上色的情况，该方法可以由固态激光雷达点云的上色装置来执行，该装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该装置可配置于cpu处理器或者服务器中。如图1所示，该方法包括：
29.s110、获取相机和固态激光雷达传感器针对目标场景分别采集的目标图像和目标三维点云。
30.其中，目标场景可以是一个小范围的场景，目标场景可以被相机和固态激光雷达传感器完整拍摄及扫描。目标图像可以是可以指相机针对目标场景拍摄的图像。目标三维点云可以指固态激光雷达针对目标场景扫描获取的点云。
31.在本实施例中，可以获取由相机和固态激光雷达传感器分别针对目标场景所采集的图像和三维点云。
32.s120、根据相机与固态激光雷达传感器之间的外参，以及相机的内参，获取目标三维点云中的各点云点在目标图像所在图像平面上的投影点。
33.其中，相机与固态激光雷达传感器之间的外参可以指由旋转矩阵r和平移向量t构成的矩阵，形如，相机的内参可以指内参矩阵,形如，其中，f
x
和fy分别为x和y方向的焦距，c
x
和cy为图像原点相对于光心成像点的纵横偏移量(单位：像素)。投影点可以是将各点云点投影至目标图像所在图像平面上得到的点。
34.可选的，在根据相机与固态激光雷达传感器之间的外参，以及相机的内参，获取目标三维点云中的各点云点在目标图像所在图像平面内的投影点之前，还可以包括：
35.触发相机与固态激光雷达传感器进行初始化，实现内参标定和去畸变；根据相机与固态激光雷达传感器之间的位置关系与姿态关系，计算相机与固态激光雷达传感器之间的外参。
36.其中，畸变可以指相机的径向畸变和切向畸变。位置关系与姿态关系可以分别指相机与固态激光雷达传感器的相对位置关系和相对姿态关系。
37.在本实施例中，具体可以控制触发相机与固态激光雷达传感器进行初始化，实现内参标定和去畸变；根据相机与固态激光雷达传感器之间的相对位置关系与相对姿态关系，计算相机与固态激光雷达传感器之间的外参。
38.在本实施例的一个可选实施方式中，根据相机与固态激光雷达传感器之间的外参，以及相机的内参，获取目标三维点云中的各点云点在目标图像所在图像平面上的投影点，可以包括：
39.根据相机与固态激光雷达传感器之间的外参，获取目标三维点云中的各点云点在相机坐标系下的转换三维点；根据相机的内参，获取各转换三维点在目标图像所在图像平面上的投影点。
40.其中，相机坐标系可以是以相机光心为圆点，光心射线为z轴的坐标系。转换三维点可以是将固态雷达传感器坐标系下的各点云点的坐标与相机与固态激光雷达传感器之间的外参矩阵相乘后得到的三维点。投影点可以是将转换三维点的坐标与相机的内参矩阵相乘后得到的二维点。
41.s130、获取落入目标图像内的目标投影点，并在所述目标图像中获取与各目标投影点分别对应的像素点范围。
42.其中，目标投影点可以是全部投影点中坐标值位于目标图像坐标范围内的部分投影点。
43.在本实施例的一个可选实施方式中，获取落入目标图像内的目标投影点，可以包括：将各投影点的坐标值与所述目标图像的坐标范围进行匹配；将位于所述目标图像的坐标范围内的投影点确定为目标投影点。
44.例如，目标图像的横坐标范围为(0，256)，纵坐标范围为(0，512)，那么坐标值为(-1，300)的投影点则没有落入目标图像坐标范围内。
45.目标投影点的坐标值可能为浮点数，而目标图像中每个像素点具有对应的整数坐标值，两者之间的坐标值存在无法对应的情况。因此，为了有效为目标投影点对应的三维点云点上色，可以针对坐标值为浮点数的目标投影点，在目标头像的各像素点中确定与目标投影点匹配的像素点范围。
46.在本实施例中，可以根据目标投影点的坐标值，以及目标图像中各像素点的坐标值，在目标图像中查找与之对应的像素点范围。
47.s140、使用所述像素点范围内各目标像素点的颜色特征值，对通过目标投影点所关联的点云点进行上色处理。
48.其中，目标像素点可以指像素点范围内的各像素点。颜色特征值可以指rgb值。
49.在本实施例的一个可选实施方式中，可以根据所述像素点范围内各目标像素点的坐标值，计算与各像素点匹配的权重值；根据所述权重值，对各目标像素点的颜色特征值加权求和，得到目标颜色特征值；根据所述目标颜色特征值，对通过目标投影点所关联的点云点进行上色处理。
50.可选的，根据所述像素点范围内各目标像素点的坐标值，计算与各像素点匹配的权重值，可以包括：根据各目标像素点的坐标值以及当前处理的目标投影点的坐标值，分别计算各目标像素点与当前处理的目标投影点之间的多个距离；根据所述多个距离，计算与各目标像素点匹配的权重值。
51.需要说明，距当前处理的目标投影点越近的目标像素点，匹配的权重值越高。
52.示例性的，像素点范围内包括像素点1、像素点2和像素点3，与当前处理的目标投影点之间的距离分别为d1、d2和d3，则像素点1、像素点2和像素点3分别匹配的权重值为1-d1％、1-d2％和1-d3％。
53.本发明实施例的技术方案，通过获取相机和固态激光雷达传感器针对目标场景分别采集的目标图像和目标三维点云；根据相机与固态激光雷达传感器之间的外参，以及相机的内参，获取目标三维点云中的各点云点在目标图像所在图像平面上的投影点；获取落入目标图像内的目标投影点，并在所述目标图像中获取与各目标投影点分别对应的像素点范围；使用所述像素点范围内各目标像素点的颜色特征值，对通过目标投影点所关联的点云点进行上色处理的技术手段，提供一种用于固态激光雷达点云上色的新方法，有效对固态激光雷达点云进行上色。
54.实施例二
55.图2为本发明实施例二提供的一种固态激光雷达点云的上色装置的结构示意图。
如图2所示，该装置包括：目标图像和目标三维点云的获取模块210、投影点获取模块220、像素点范围获取模块230和点云上色模块240。其中：
56.目标图像和目标三维点云的获取模块210，用于获取相机和固态激光雷达传感器针对目标场景分别采集的目标图像和目标三维点云；
57.投影点获取模块220，用于根据相机与固态激光雷达传感器之间的外参，以及相机的内参，获取目标三维点云中的各点云点在目标图像所在图像平面上的投影点；
58.像素点范围获取模块230，用于获取落入目标图像内的目标投影点，并在所述目标图像中获取与各目标投影点分别对应的像素点范围；
59.点云上色模块240，用于使用所述像素点范围内各目标像素点的颜色特征值，对通过目标投影点所关联的点云点进行上色处理。
60.本发明实施例的技术方案，通过获取相机和固态激光雷达传感器针对目标场景分别采集的目标图像和目标三维点云；根据相机与固态激光雷达传感器之间的外参，以及相机的内参，获取目标三维点云中的各点云点在目标图像所在图像平面上的投影点；获取落入目标图像内的目标投影点，并在所述目标图像中获取与各目标投影点分别对应的像素点范围；使用所述像素点范围内各目标像素点的颜色特征值，对通过目标投影点所关联的点云点进行上色处理的技术手段，提供一种用于固态激光雷达点云上色的新方法，有效对固态激光雷达点云进行上色。
61.可选的，还包括，内参标定与外参计算模块，用于在所述根据相机与固态激光雷达传感器之间的外参，以及相机的内参，获取目标三维点云中的各点云点在目标图像所在图像平面内的投影点之前：
62.触发相机与固态激光雷达传感器进行初始化，实现内参标定和去畸变；
63.根据相机与固态激光雷达传感器之间的位置关系与姿态关系，计算相机与固态激光雷达传感器之间的外参。
64.可选的，投影点获取模块220，具体可以用于：
65.根据相机与固态激光雷达传感器之间的外参，获取目标三维点云中的各点云点在相机坐标系下的转换三维点；
66.根据相机的内参，获取各转换三维点在目标图像所在图像平面上的投影点。
67.可选的，像素点范围获取模块230，具体可以用于：
68.将各投影点的坐标值与所述目标图像的坐标范围进行匹配；
69.将位于所述目标图像的坐标范围内的投影点确定为目标投影点。
70.可选的，点云上色模块240，包括：
71.权重值计算单元，用于根据所述像素点范围内各目标像素点的坐标值，计算与各像素点匹配的权重值；
72.目标颜色特征值获取单元，用于根据所述权重值，对各目标像素点的颜色特征值加权求和，得到目标颜色特征值；
73.点云点上色单元，用于根据所述目标颜色特征值，对通过目标投影点所关联的点云点进行上色处理。
74.可选的，权重值计算单元，具体可以用于：
75.根据各目标像素点的坐标值以及当前处理的目标投影点的坐标值，分别计算各目
标像素点与当前处理的目标投影点之间的多个距离；
76.根据所述多个距离，计算与各目标像素点匹配的权重值。
77.本发明实施例所提供的固态激光雷达点云的上色装置可执行本发明任意实施例所提供的固态激光雷达点云的上色方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
78.实施例三
79.图3示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备300的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
80.如图3所示，电子设备300包括至少一个处理器301，以及与至少一个处理器301通信连接的存储器，如只读存储器(rom)302、随机访问存储器(ram)303等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器301可以根据存储在只读存储器(rom)302中的计算机程序或者从存储单元308加载到随机访问存储器(ram)303中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 303中，还可存储电子设备300操作所需的各种程序和数据。处理器301、rom 302以及ram 303通过总线304彼此相连。输入/输出(i/o)接口305也连接至总线304。
81.电子设备300中的多个部件连接至i/o接口305，包括：输入单元306，例如键盘、鼠标等；输出单元307，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元308，例如磁盘、光盘等；以及通信单元309，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元309允许电子设备300通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
82.处理器301可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器301的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器301执行上文所描述的各个方法和处理，例如固态激光雷达点云的上色方法。
83.在一些实施例中，固态激光雷达点云的上色方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元308。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 302和/或通信单元309而被载入和/或安装到电子设备300上。当计算机程序加载到ram 303并由处理器301执行时，可以执行上文描述的固态激光雷达点云的上色方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器301可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行固态激光雷达点云的上色方法。
84.本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出
装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
85.用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
86.在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
87.为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
88.可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)、区块链网络和互联网。
89.计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与vps服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
90.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
91.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。