防护栏点云提取方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明实施例涉及点云数据处理技术，尤其涉及一种防护栏点云提取方法及装置。
【背景技术】
[0002]三维高精地图被工业界和学术界公认为下一代数字地图的主要发展方向，是实现汽车自动驾驶和辅助驾驶的前提条件，为自动驾驶汽车进行精确定位和正确决策提供主要依据。三维高精地图的一个重要环节为建立道路图像与防护栏点之间的映射关系。
[0003]现有技术在建立道路图像与防护栏点云数据之间的映射关系时，首先通过车载的点云获取设备获取道路点云，每个时间点对应一个单帧道路点云。然后，对于每个单帧道路点云，由工程师人工的从道路点云数据中查找出类似防护栏的空间点集合。
[0004]然而，在对一段道路进行点云绘制时，可能需要几十分钟或更长时间，且每隔一个时间点(如I毫秒)便会生成一个单帧道路点云，进而产生大量的单帧道路点云。此时，如果每个单帧点云均通过工程师人工查找防护栏点云，则将耗费大量的时间，人力成本较高，且防护栏点云识别效率低。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种防护栏点云提取方法及装置，以实现通过机器对道路点云中的防护栏点云进行识别，提高防护栏点云的识别效率。
[0006 ]第一方面，本发明实施例提供了一种防护栏点云提取方法，包括:
[0007]获取第一防护栏的形状特征，所述第一防护栏为波形防护栏、水泥防撞墩或隔音m;
[0008]根据所述第一防护栏的形状特征从单帧道路点云中提取第一防护栏点云。
[0009]第二方面，本发明实施例还提供了一种防护栏点云提取装置，包括:
[0010]形状特征获取单元，用于获取第一防护栏的形状特征，所述第一防护栏为波形防护栏、水泥防撞墩或隔音墙；
[0011]第一防护栏提取单元，用于根据所述形状特征获取单元获取的所述第一防护栏的形状特征从单帧道路点云中提取第一防护栏点云。
[0012]本发明能够在获取第一防护栏的形状特征后，根据第一防护栏的形状特征从单帧道路点云中提取第一防护栏点云。现有技术中需要由工程师人工提取防护栏点云，提取效率低。本发明能够由机器根据第一防护栏的形状特征从道路点云中提取防护栏点云，无需工程师人工提取，降低人力成本且机器提取速率较快，提高防护栏的识别效率。
【附图说明】
[0013]图1为本发明实施例一中的防护栏点云提取方法的流程图；
[0014]图2是本发明实施例二中的防护栏点云提取方法的流程图；
[0015]图3是本发明实施例三中的防护栏点云提取方法的流程图；
[0016]图4是本发明实施例四中的防护栏点云提取方法的流程图；
[0017]图5是本发明实施例五中的防护栏点云提取装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0019]实施例一
[0020]图1为本发明实施例一提供的防护栏点云提取方法的流程图，本实施例可适用于从道路点云中提取防护栏点云的情况，该方法可以由用于进行防护栏点云提取的终端来执行，该终端可以为服务器、个人电脑、笔记本电脑、平板电脑、汽车中控台、智能手机或智能可穿戴设备等，该方法包括:
[0021]S110、获取第一防护栏的形状特征。
[0022]其中，第一防护栏为波形防护栏、水泥防撞墩或隔音墙。
[0023]波形防护栏又称波形护栏，波形护栏为公路防撞设施，主要是为了防止失控车辆冲出道路。波形护栏是一种以波纹状钢护栏板相互拼接并由立柱支撑的连续结构，波形护栏可以为双波波形护栏或三波波形护栏。因此通常将道路点云中的呈波形的点云序列确定为波形防撞栏，该波形的点云序列可以为双波波形也可为三波波形。
[0024]水泥防撞墩又称水泥防撞墩，用于放置在公路及城市道路的转弯、出入口、收费口及其他需要隔离或防撞的危险地段的路面上，起安全隔离、警示、预防碰撞并能在发生碰撞时起缓冲作用，吸收并降低碰撞冲击力的设施。水泥防撞栏通常底座呈梯形上部呈长方形。由于水泥防撞栏直接放置在路面上，因此可将路面上凸起的块状物确定为水泥防撞墩。
[0025]隔音墙(acoustic)主要用于高速公路、高架复合道路和其它噪声源的隔声降噪，隔音墙位于道路两侧，为了能够达到较高的吸音功效，隔音墙通常呈片状。因此可将道路两侧与路面处置的片状物确定为隔音墙。
[0026]第一防护栏的形状特征可以为工程师输入的给定的形状特征。第一防护栏的形状特征还可以是通过对大量(如大于500个)的已知防护栏点云进行训练，得到波形防护栏、水泥防撞墩或隔音墙的形状特征。
[0027]S120、根据第一防护栏的形状特征从单帧道路点云中提取第一防护栏点云。
[0028]不同的防护栏具有相应的形状特性，在提取时可根据使用需求提取一种或多种第一防护栏。在一种实现方式中，为较为全面的识别出道路点云中的防护栏点云，分别根据波形防护栏、水泥防撞墩和隔音墙的行状特征在道路点云中进行查找，并提取查找到的点云序列。在另一种实现方式中，根据不同的路面情况，可有针对性的选择一种或两种防护栏进行提取。例如，在高速公路上通常在收费站以及道路交汇处等低速行驶路段放置水泥防撞墩进行导流，因此在低速行驶路段从道路点云中提取波形防护栏和水泥防撞墩。在高速公路的其他路段主要设置波形防护栏和隔音墙，因此当进入快速行驶路段时提取波形防撞栏和隔首墙。
[0029]本发明能够在获取第一防护栏的形状特征后，根据第一防护栏的形状特征从单帧道路点云中提取第一防护栏点云。现有技术中需要由工程师人工提取防护栏点云，提取效率低。本发明能够由机器根据第一防护栏的形状特征从道路点云中提取防护栏点云，无需工程师人工提取，降低人力成本且机器提取速率较快，提高防护栏的识别效率。
[0030]实施例二
[0031]图2为本发明实施例二提供的防护栏点云提取方法的流程图，可选的，S110、根据所述第一防护栏的形状特征从单帧道路点云中提取第一防护栏点云，可通过下述方式进行实施:
[0032]SllOa、将单帧道路点云中的曲线形点云序列提取为波形防护栏点云。
[0033]波形防护栏通常通过固定支架固定于道路两侧，与路面存在预设距离(如0.8-1.2米)。波形防护栏的外形呈波浪形，具体可以为双波波形或三波波形。可选的，将S型的曲线形点云序列作为波形防护栏点云进行提取。S型曲线可以为单波、双波或三波。点云序列用于表示由空间点组成的空间点的序列组合。
[0034]具体的，获取任意一个第一空间点，判断经过该第一空间点的空间曲线是否为S型。如果为S型，则提取S型曲线。如果不是S型，则获取另一个第二空间点，判断经过该第二空间点的空间曲线是否为S型。以此类推得到道路点云中的波形防护栏点云。
[0035]根据道路点云中点云序列构成的曲线形状，可确定道路点云中是否存在波形防护栏，提高波形防护栏的识别效率。
[0036]可选的，S110、根据所述第一防护栏的形状特征从单帧道路点云中提取第一防护栏点云，可通过下述方式进行实施:
[0037]SllOb、将单帧道路点云中具有高度跳变点或坡度跳变点的点云序列提取为水泥防撞墩点云。
[0038]由于水泥防撞墩通常放置在路面上，因此沿路面点云扫描至水泥防撞墩时，会出现高度和坡度的跳变点。跳变点为路面与水泥防撞墩的交线上的点。路面经跳变点后，由于从路面跳变为水泥防撞墩，因此经跳变点后，点云序列的高度激增；同时，由于水泥防撞墩的墩布可以为梯形，因此经跳变点后，点云序列的坡度也随之增加，不在如路面般平缓。
[0039]为了避免因路面本身自身起伏较大造成误判断，可对高度激增或坡度变换程度进行规范。例如:判断经高度跳变点后，道路点云序列的高度是否大于预设高度阈值(如40cm)。又例如:判断经高度跳变点后，道路点云序列的坡度是否大于预设坡度阈值(如30度)。
[0040]进一步的，判断经高度跳变点后，点云序列的高度是否在水泥防撞墩的正常范围内，例如高度大于40cm小于70cm。或者，判断经坡度跳变点后，点云序列的坡度是否在水泥防撞墩底部坡度的正常范围内，如坡度大于30度小于60度。
[0041]通过高度跳变点或坡度跳变点可从路面点云中找到水泥防撞墩的底部轮廓，基于水泥防撞墩的底部轮廓可获取到水泥防撞墩的点云序列。
[0042]可选的，S110、根据所述第一防护栏的形状特征从单帧道路点云中提取第一防护栏点云，可通过下述方式进行实施:
[0043]SllOc、将单帧道路点云中具有平面特征的点云序列提取为隔音墙点云。
[0044]可使用三维霍夫变换(Hough Transform)提取点云序列的平面特征。三维霍夫曼变换可识别出道路点云中的具有平面形状特征的点云序列。首先获取空间点A的法向量，然后在与该法向量垂直的平面上查找与该空间点A相邻的多个空间点B，若查找到的多个空间点B在同一平面，则确定该空间点A和多个空间点B构成平面。
[0045]进一步的，由于隔音墙的法向量与路面垂直，因此可根据点云序列组成的平面的法向量进行筛选，将法向量与路面垂直的平面点云序列提取为隔音墙点云。
[0046]通过判断空间点云是否存在平面特征，能够从道路点云中提取隔音墙点云，提高隔音墙点云的提取效率。
[0047]实施例三
[0048]图3为本发明实施例三提供的防护栏点云提取方法的流程图，随着防护栏技术的不断发展，除了波形防护栏、水泥防撞墩和隔音墙以外，越来越多的新型防护栏问世，此时仅根据波形防护栏、水泥防撞墩或隔音墙的形状特征进行点云序列的提取无法对新型防护栏点云进行提取。基于此，在S120、根据第一防护栏的形状特征从单帧道路点云中提取第一防护栏点云之后，还包括:
[0049]S130、从单帧道路点云中滤除第一防护栏点云、路面点云和杆体点云，得到剩余点云。
[0050]SI 20可确定单帧道路点云中的第一防护栏点云、路面点云和杆体点云。从单帧道路点云中删除第一防护栏点云、路面点云和杆体点云，得到剩余点云。
[0051 ] S140、计算剩余点云对应的K最近邻关系图(K Nearest Neighbor Graph ,KNNGraph)。