[发明专利]基于速度聚类统计的三维扫描相干激光雷达点云处理方法

权利要求书

1.一种基于速度聚类统计的三维扫描相干激光雷达点云处理的方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

1)相干激光雷达发射调制激光光束，通过三维扫描器实现对特定视场范围内目标的三维扫描；

2)调制激光光束经漫反射目标反射后，被相干激光雷达接收系统接收，并与激光雷达的本振光束相干拍频，得到特定扫描位置目标的距离L和相对速度V；

3)相干激光雷达存储单元同时记录下三维扫描器的所有位置信息(X,Y,Z)和对应目标点的距离和速度信息(L,V),然后通过数据存储单元存储，构成点云数据集构成数据点总数为P的三维点云数据集d(X,Y,Z,L,V)；

4)根据相干激光雷达系统探测器决定速度范围[V_minth,V_maxth]，设置所需速度子区间数为n，另外速度子区间长度为ΔV＝(V_maxth-V_minth)/n，ΔV不应小于相干激光雷达探测的速度分辨率δV＝λ_c×δf/2＝λ_c×PRF/2，其中，λ_c表示激光雷达的中心波长，δf表示相干激光雷达系统的频率分辨率，PRF表示脉冲重复频率；

5)创建速度子区间矩阵：A₁,A₂,A₃,···,A_i,···,A_n；i＝1,2,3···,n；并设置对应速度子区间矩阵的计数因子k₁＝k₂＝···＝k_i＝···＝k_n＝0；

6)取点云数据集d(X,Y,Z,L,V)中的数据点d_p(X_p,Y_p,Z_p,L_p,V_p)，其中p＝1,2,3,···,P,初始化计数因子i＝1，令p＝1；

7)判断当前数据点的速度V_p是否满足V_p≥V_minth+(i-1)*ΔV且V_p≤V_minth+i*ΔV，如果满足此条件，则将该数据点d_p(X_p,Y_p,Z_p,L_p,V_p)放入对应的速度子区间A_i中，速度子区间矩阵计数因子k_i执行加1操作，如果不满足此条件，则令i＝i+1，寻找下一个速度子区间A_i，当i＞n，则进入下一步；

8)令p＝p+1，当p≤P时，返回步骤6)，当pP时，进入步骤9)；

9)根据所有速度子区间A₁,A₂,A₃,···,A_i,···,A_n和对应所有的计数因子k₁,k₂,k₃,···,k_i,···,k_n可获得所有数据点分布函数S(V)，且满足其中V_i＝V_minth+(i-1)*ΔV表示第i速度子区间内最小速度，S_i(V_i)＝k_i表示第i速度子区间内数据点统计点数k_i，所有数据点分布函数S(V)可清楚显示出单帧点云图像内不同速度子区间的数据点统计分布情况；

10)创建并初始化计数因子j＝1；

11)根据速度分布函数S(V)，对全部运动速度子区间A₁,A₂,A₃,···,A_n内所有数据点进行速度分层处理，同时创建地面点区间A_g；对于当前速度子区间A_j，j＝1,2,3...,n，提取当前速度子区间特征运动速度V_Sj＝V_minth+j*ΔV/2，并判断V_Sj符号，求出当前速度子区间A_j内包含的目标相对相干激光雷达的运动状态：如果V_Sj＞0，则表示该速度子区间A_j内数据点的运动速度高于该相干激光雷达的运动速度；如果V_Sj＜0，则表示当前速度子区间A_j内数据点的运动速度低于该相干激光雷达的运动速度；V_Sj＝0表示当前速度子区间A_j内数据点的运动速度等于该相干激光雷达的运动速度；根据颜色计算公式其中(R_A,G_A,B_A)表示最小速度对应的颜色A设置值，(R_B,G_B,B_B)表示最大速度对应的颜色B设置值，(R_A′,G_A′,B_A′)表示第j个速度子区间速度对应的颜色A′设置值，计算出该速度子区间的颜色值(R_A′,G_A′,B_A′)，用于点云显示；

12)对当前速度子区间A_j内的所有数据点速度采用高度阈值分割法滤除地面点，同时提取运动目标：该方法中的高度阈值H_th需根据相干激光雷达的实际安装位置H₀设置，且满足H_th＝H₀，具体实施方法为：首先当前速度子区间S_j(V)内每个数据点速度对地面的投影垂直距离其中激光雷达坐标系中且且然后判断是否等于H_th，如果说明该数据点属于地面点，并保存在地面点区间A_g中；如果则说明该数据点为有效目标点，并继续保存在该区间；

13)令j＝j+1，当jn+1时，返回步骤11)，当j≥n+1时，进入步骤14)；

14)对所有速度子区间A₁,A₂,A₃,···,A_n内运动目标进行点云融合显示位置、距离、速度、运动状态、RGB颜色。