[发明专利]一种基于滑动窗口的激光雷达数据合成方法

权利要求书

1.一种基于滑动窗口的激光雷达数据合成方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、对低线束激光雷达采集到的数据二维化，得到二维点云图像；

S2、在对低线束激光雷达取得的点云数据进行二维化处理之后，进行数据采样：在二维点云图像的每一行上平均间隔采样512个像素；对低线束激光雷达每一帧的数据都进行该采样操作，每一帧经过采样后得到五通道二维图像A_i，i＝0,1,2，…，i为每一帧的帧号，五通道二维图像A_i的高度与采集数据的低线束激光雷达的线束数量As相同，宽度为512；

S3、对步骤S2中得到的图像A_i进行数据扩充，生成初始扩充数据：记目标多线束激光雷达的线束数量为Bs，因此需要在图像A_i的每行下面插入Bs/As-1行空白扩充数据，每个图像A_i共需要扩充Bs-As行空白扩充数据；新插入的空白扩充数据用全0表示，即新插入的每个像素其五个通道数据均取值为0；对A_i进行扩充后的五通道二维图像记为C_i，其高度记为Ch，取值与Bs相同，宽度记为Cw，取值为512；

确定滑动窗口大小并利用滑动窗口选取待合并帧：

根据As与Bs的数量关系，确定滑动窗口的大小，记滑动窗口大小为S，通过下式计算得到：

S＝Bs/As；

滑动窗口从步骤S2得到的五通道二维图像A_i的第0帧开始，即从A₀开始，每次按顺序确定S个数据帧作为待合并帧；记窗口中位于最前面的帧为A_f，则A_f与A_f+k(k＝1,2…,S-1)均为待合并帧；

S4、将步骤S3中选取的待合并帧合并，并且填入初始扩充数据中：

记A_i每一行的数据为A_i，n，n＝0,1,2,…,As-1，C_i每一行的数据为C_i，m，m＝0,1,2,…,Bs-1，则将滑动窗口选取出的位于最前面的帧为A_f的待合并帧填入A_f对应的扩充图像C_f里：

依次将A_f+k的第n行数据填入C_f的第S×n+k行的空白扩充数据中，n＝0,1,2,…,As-1，k＝1,2…,S-1；因此填充后的C_f中的每一行数据可表示为：

将S个数据帧合并后生成的数据作为新数据帧，时间与A_f相同；至此，所得到的新数据可用于多线束激光雷达模型；

步骤S1的具体过程如下：

低线束激光雷达所采集到的数据为三维直角坐标系下的一系列点云数据，点云中的每个点均具有x方向坐标、y方向坐标、z方向坐标以及该点的反射强度i四种数据，根据x、y、z三种数据，还可计算出该点到低线束激光雷达采集视点即视角中心的直线距离r；

基于点云中每个点的x、y、z、i、r五种数据，将低线束激光雷达所采集到的数据看作一个多通道的图像，图像中的每个像素为点云中一个点的数据；其中图像高度的取值由采集输入数据的低线束激光雷达的线束数量As决定，图像宽度的取值为512，图像的通道数为5，分别为点云数据的x方向坐标、y方向坐标、z方向坐标、点云的反射强度i以及到视角中心的距离r共五种通道；

在三维直角坐标系下，使用点云中的每一点的坐标得到相对于三个坐标轴以及其围成平面的夹角，记相对于xy平面的夹角为α，相对于x轴正方向的夹角为β，使用α和β将三维直角坐标系下的点云投影到二维球面坐标系下，每个点的坐标由(α,β)组成，α、β与x、y、z之间的关系表示为：

对得到的二维球面坐标系下的点云数据，记低线束激光雷达每一根线束之间的夹角为Δα，激光雷达线束每一次旋转的夹角为Δβ，因此可以由α、β、Δα、Δβ将二维球面坐标系下的点云数据投影到二维直角坐标系下，投影后的每个点的二维坐标记为(p,q)，通过下式计算得到：