[发明专利]一种基于地面分割的G-PCC点云编码改进方法

权利要求书

1.一种基于地面分割的G-PCC点云编码改进方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：提供激光雷达动态获取的稀疏点云数据，通过快速地面分割算法对点云进行预处理，将点云数据分割为地面点云和非地面点云；

步骤S2：对分割后的地面点云转换成距离图像，并基于JPEG算法的编码器进行编码；

步骤S3：对分割后的非地面点云采用G-PCC编码模块进行编码。

2.根据权利要求1所述的一种基于地面分割的G-PCC点云编码改进方法，其特征在于：所述步骤S1的具体内容为：拟合一个地平面模型作为地面，由于通常地面并不是一个平面，所以选择通过不断的迭代更新拟合地平面模型，该拟合平面则作为分割地面点与非地面点的分界面；具体过程如下：

首先选取一个种子点集，这个点集被用于描述一个初始的平面；种子点集的选取是一个迭代的过程，先将点云沿Z轴做排序，即高度方向做排序，选取N个点计算高度平均值LPR，并构建平面方程模型即通过奇异值分解拟合一个平面，该平面到所有种子点集中的点的距离之和最小；

采用一个线性模型用于平面模型的估计，如下：

ax+by+cz+d＝0

也即：

n^Tx＝-d

其中，n＝[a,b,c]^T,x＝[x,y,z]^T，通过初始点集的协方差矩阵C∈R^3×3来求解n，即a,b,c，从而确定一个平面，由于是平面模型，垂直于平面的法向量n表示具有最小方差的方向，得到这个初始的平面模型以后，计算点云中每一个点到该平面的正交投影的距离也即高度；并且将这个距离与预设距离阈值进行比较，当高度小于此阈值，就认为该点属于地面，当高度大于此阈值则认为该点属于非地面；经过不断迭代循环就能够将点云分割成地面点云和非地面点云两部分。

3.根据权利要求1所述的一种基于地面分割的G-PCC点云编码改进方法，其特征在于：所述步骤S2的具体内容为：

首先，将地面点云转换成距离图像将3D的地面点云几何信息映射为2D的距离图像,就是将(x,y,z)映射为(u,v)；u为激光雷达的线数，v为图像的长度；而Range_Image的像素值则代表从传感器到物体的距离；通过距离图像直接还原出有序规则的原始点云；映射公式如下：

其中：

ω，h为2D距离图像的宽和高；f_up,f_down分别为雷达垂直方向的上、下视角范围；

f＝f_up+f_down垂直方向总的视角范围；r＝||P_i||₂表示一个点到激光雷达的3D距离；

得到的距离图像之后通过JPEG编码模块进行编码压缩，依次采用预测编码、离散余弦变换以及熵编码的联合编码方式，用以去除冗余的图像和彩色数据，完成对地面点云的编码。

4.根据权利要求1所述的一种基于地面分割的G-PCC点云编码改进方法，其特征在于：所述步骤S3的具体内容为：

首先，遍历输入的点云，得到各维度极值(x_min,y_min,z_min)与(x_max,y_max,z_max)，通过计算极值之差的最小2次方数d来确定建立的边界框(2^d,2^d,2^d)，对边界框均匀的划分成八个子立方体，其中有点的子立方体为1，无点的子立方体为0，这样得到8位占用码，对占用码进行算术编码，之后再对点数大于1的子立方体继续进行划分，这就是G-PCC编码器的八叉树编码的过程；同时，不同层级的立方体之间的上下文关系通过计算邻域配置情况获得，领域配置主要是通过利用当前节点共面的6个邻居来计算得到当前节点的邻居占位情况，这6个共面的邻居分别被分配了2⁰、2¹、2²、2³、2⁴、2⁵的权值，计算空间每个节点共面邻居节点的占位情况即相应的权值之和，每个节点的领域配置模式为0～63之间；这里主要是借助当前节点的共面邻居的占位情况来对当前节点的子节点进行设计不同的上下文；最后利用算术编码器完成八叉树的编码过程得到二进制码流，完成对非地面点云的编码。