專利名稱：基于多激光掃描儀的數(shù)據(jù)融合方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光掃描技術領域，具體涉及基于多激光掃描儀的數(shù)據(jù)融合 方法及系統(tǒng)。
背景技術：
激光掃描測距經(jīng)常用于交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。激光測距的原理為激光 頭發(fā)射激光束，當激光束遇到障礙物時，被障礙物反射；激光頭接收到被反 射的激光光束，通過計算從發(fā)射到接收的時間差，并乘以光速，再除以2， 即為激光頭到障礙物的距離。激光掃描測距的原理為激光掃描儀中有一面 高速旋轉的鏡片，激光頭先將激光束打到鏡片上，再折射出去；通過鏡片的 旋轉，可以調(diào)整激光束的角度；通過激光束的角度，可以將距離值換算成坐 標點。通過調(diào)整鏡片的旋轉速度及范圍，可以控制激光掃描的范圍、采樣密 度及幀率。
線掃描激光掃描儀也就是鏡片圍繞一個軸旋轉，旋轉方向固定，為順時 針旋轉，或逆時針旋轉。測量到的距離值可轉換為2維坐標點，簡稱激光點。 激光掃描可以得到一系列激光點，通常為1幀。激光掃描儀的參數(shù)可如下 掃描范圍180度，采樣密度0.5度/點，37Hz (每秒37幀)，最大測距 范圍60m。
當激光掃描儀應用于交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中時，可以將幾臺激光掃描儀設 置于路邊，水平掃描，通常將激光掃描儀設置在離路面約40cm高度的水平 面上就可覆蓋對象測量區(qū)域。如圖l所示，將兩臺激光掃描儀l、 2分別放 在一個交叉口的上方，在每個時刻，激光掃描儀l、 2將掃描到的移動目標 汽車、自行車、人的激光點發(fā)送到服務器，如圖l中，黑色實心點為激光掃
描儀1測量到的激光點，黑色點心點為激光掃描儀2測量到的激光點?？梢?br> 看出，在某個時刻由于遮擋等原因，行人只能被激光掃描儀2掃描到，而自 行車只能被激光掃描儀1掃描到。
一臺激光掃描儀只能觀測到移動目標的一個或部分側面，通過多個激光 掃描儀的掃描數(shù)據(jù)的融合，可以測量到移動目標的四周，從而可以有效地提 高目標物識別及運動狀態(tài)分析的精度。不同激光掃描儀測量的數(shù)據(jù)被發(fā)送到 服務器，服務器將不同激光掃描儀在同一時刻測量到的數(shù)據(jù)抽取出來，并統(tǒng) 合到全局坐標系中進行數(shù)據(jù)融合，這樣的融合數(shù)據(jù)可以測量到移動目標的平 面輪廓；同時，掃描幀率約30Hz，可以捕捉快速的運動目標。
圖2給出了現(xiàn)有的基于多激光掃描儀的數(shù)據(jù)融合處理的流程，如圖2所 示，其具體步驟如下
步驟201:對每幀掃描數(shù)據(jù)進行背景差分。
步驟202:對每幀掃描數(shù)據(jù)中經(jīng)背景差分得到的激光點進行聚類。 步驟203:對每個聚類分別進行KL變換，確定該聚類中的激光點陣的
分布是點(0軸)、線(1軸)還是面(2軸)。
圖3給出了0軸、l軸、2軸的激光點陣分布示意圖。
步驟204:根據(jù)每個聚類的激光點陣分布，將每個聚類分別用長方形輪
廓進行匹配。
圖3為現(xiàn)有的三種激光點陣分布示意圖，如圖3所示，激光點陣分布為 0軸、l軸、2軸的聚類都可用一個長方形輪廓匹配。
步驟205:根據(jù)近鄰法，將距離在預設值內(nèi)的長方形輪廓聚為一類，作 為一個移動目標。
但是，在實際中，隨著測量環(huán)境的復雜化、測量對象的多樣化，數(shù)據(jù)的 融合處理難度隨之增加。比如，由于遮擋、表面材質(zhì)的反射特性、時鐘同步 誤差等原因，同一物體的測量數(shù)據(jù)會被分成了幾塊、互不重疊，這樣，就會 將同一移動目標判斷成多個移動目標，圖4為現(xiàn)有的基于多激光掃描儀的數(shù) 據(jù)融合處理的示例圖，如圖4所示，激光掃描儀l、 2、 3掃描到的某個移動
目標的聚類分別如圖4中的左圖所示，理想的組合結果是將圖中的所有聚類 組合為一個移動目標，但是，根據(jù)近鄰法，通常會得到如圖4中的右圖中的 組合結果，即一個移動目標被判斷成3個移動目標。另外，當不同移動目標 相距很近而使得測量數(shù)據(jù)重疊時，則會將它們當作同一移動目標。可見，這 兩種情況都會造成移動目標的錯誤組合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于多激光掃描儀的數(shù)據(jù)融合方法及系統(tǒng)，以提高數(shù)據(jù)融 合的精確度。
本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的
一種基于多激光掃描儀的數(shù)據(jù)融合方法，預先定義移動目標的平面輪廓模 型，該方法包括
對于每幀掃描lt據(jù)，對該幀數(shù)據(jù)中的激光點進行聚類；
在不同激光掃描儀所獲得的所有聚類中，對于相互距離在預設值內(nèi)的每組 聚類，若該組聚類中的所有方向向量與移動目標的平面輪廓;漠型匹配，則將該 組聚類組合為一個移動目標。
所述移動目標的平面輪廓模型為一個有向多邊形，多邊形的各條邊為有向 邊，各條邊的方向向量構成一個逆時針或順時針旋轉的閉合環(huán)，且，若從聚類 中抽出的軸與有向多邊形的一條有向邊匹配，則將該軸作為該有向邊的支撐向 量。
所述對于相互距離在預設值內(nèi)的每組聚類，若該組聚類中的所有方向向量 與移動目標的平面輪廓模型匹配，則將該組聚類組合為一個移動目標包括
在不同激光掃描儀所獲得的所有聚類中選擇一個未加入任何組合的聚類， 在與該聚類的距離為預設值內(nèi)的組合中，選擇一個組合，將從該聚類中抽出的 各條軸分別與所選擇組合的各有向邊匹配，若從該聚類中抽出的每條軸都分別 與 一條有向邊匹配，則將該聚類加入到該組合中。
于從該聚類中抽出的每條軸，分別計算該軸與所選擇組合的各條有向邊的角度 差，若與一條有向邊的角度差小于預設值，則認為該軸與該條有向邊匹配上。 當從該聚類中抽出的每條軸都分別與 一條有向邊匹配，且從聚類中抽出的
最長軸大于組合的最長有向邊的邊長時，所述將該聚類加入到該組合中包括
將從所述聚類中抽出的最長軸作為新組合的基邊，將該基邊按照預設方向 旋轉，分別得到新組合的其它各有向邊；
將所述聚類及所述組合中的所有激光點投影到新組合的各有向邊上，得到 新組合的各有向邊的邊長，計算所述聚類及所述組合中的所有激光點的中心，
該中心即為新組合的中心；
在所述聚類及所述組合中的聚類中的所有方向向量中，搜索新組合的各有 向邊的支撐向量，若新組合有一對相鄰有向邊都有支撐向量，則確定該相鄰有
向邊具有角點；
以新組合更新所述組合。
當從該聚類中抽出的每條軸都分別與 一條有向邊匹配，且從聚類中抽出的 每條軸的長度都不大于組合的最長有向邊的邊長時，所述將該聚類加入到該組 合中包括
將所述聚類及所述組合中的所有激光點投影到所述組合的各有向邊上，得 到所述組合的各有向邊的新邊長，計算所述聚類及所述組合中的所有激光點的 中心，該中心即為所述組合的新中心；
若發(fā)現(xiàn)從所述聚類中抽出的軸投影到的有向邊與其相鄰邊由不都具有支撐 向量變?yōu)槎季哂兄蜗蛄浚瑒t確定該對相鄰有向邊產(chǎn)生了角點。
當有任意一條從所述聚類中抽出的軸未與任何有向邊匹配上時，所述方法 進一步包括為該聚類本身生成一個組合。
所述為該聚類本身生成一個組合包括
將從所述聚類中抽出的最長軸作為要生成的組合的基邊，將該基邊按照預 設方向旋轉，分別得到新組合的其它各有向邊；
將所述聚類中的所有激光點投影到要生成組合的各有向邊上，得到要生成
組合的各有向邊的邊長，計算所述聚類中的所有激光點的中心，該中心即為要
生成組合的中心；
在所述聚類中的所有方向向量中，搜索要生成組合的各有向邊的支撐向量， 若有一對相鄰有向邊都有支撐向量，則確定該相鄰有向邊具有角點。
所述將該聚類加入到該組合中之后進一步包括判斷將所述聚類加入到所 述組合中所生成的新組合是否可信，若是，以該新組合替換所述組合；否則， 廢棄該新組合。
所述移動目標的平面4侖廓模型為 一個有向多邊形，
所述判斷將所述聚類加入到所述組合中所生成的新組合是否可信包括對 于新組合中的所有聚類中的每個激光點，確定該激光點所在的聚類中的軸在新 組合中的對應邊，計算該激光點到該對應邊的投影距離，計算所有激光點對應 的距離的方差，若該方差值小于預設方差，則確定該新組合不可信；否則，確 定該新組合可信。
一種基于多激光掃描儀的數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
聚類模塊，對于每幀掃描數(shù)據(jù)，對該幀數(shù)據(jù)中的激光點進行聚類，將聚類 結果輸出到數(shù)據(jù)融合模塊；
數(shù)據(jù)融合模塊，在不同激光掃描儀所獲得的所有聚類中，對于相互距離在 預設值內(nèi)的每組聚類，若該組聚類中的所有方向向量與預定義的移動目標的平 面輪廓模型匹配，則將該組聚類組合為一個移動目標。
所述數(shù)據(jù)融合模塊包括
匹配模塊，在所有聚類中選擇一個未加入任何組合的聚類，在與該聚類的 距離為預設值內(nèi)的組合中，選擇一個組合，將從該聚類中抽出的各條軸分別與 所選擇組合的各有向邊匹配，若從該聚類中抽出的每條軸都分別與 一條有向邊 匹配，則將該聚類標識和組合標識發(fā)送給融合^f莫塊；
融合模塊，接收匹配模塊發(fā)來的聚類標識和組合標識，將該聚類標識對應 的聚類加入到該組合標識對應的組合中。
所述融合模塊包括
邊確定模塊，將從所述聚類中抽出的最長軸作為新組合的基邊，將該基邊
按照預設方向旋轉，分別得到新組合的其它各有向邊；
邊長及中心確定模塊，將所述聚類及所述組合中的所有激光點投影到新組 合的各有向邊上，得到新組合的各有向邊的邊長，計算所述聚類及所述組合中 的所有激光點的中心，該中心即為新組合的中心；
角點確定模塊，在所述聚類及所述組合中的聚類中的所有方向向量中，搜 索新組合的各有向邊的支撐向量，若有一對相鄰有向邊都有支撐向量，則確定 該相鄰有向邊具有角點。
所述匹配模塊進一步包括一模塊，該模塊用于在發(fā)現(xiàn)有任意一條從聚類中 抽出的軸未與任何有向邊匹配上后，將該聚類標識發(fā)送給融合模塊，以指示融 合模塊為該聚類本身生成一個組合。
所述融合模塊包括
邊確定模塊，將從所述聚類中抽出的最長軸作為要生成的組合的基邊，將 該基邊按照預設方向旋轉，分別得到新組合的其它各有向邊；
邊長及中心確定模塊，將所述聚類中的所有激光點投影到要生成組合的各 有向邊上，得到要生成組合的各有向邊的邊長，計算所述聚類中的所有激光點 的中心，該中心即為要生成組合的中心；
角點確定模塊，在所述聚類中的所有方向向量中，搜索要生成組合的各有 向邊的支撐向量，若有一對相鄰有向邊都有支撐向量，則確定該相鄰有向邊具 有角點。
所述數(shù)據(jù)融合模塊進一步包括一模塊，該模塊用于判斷將所述聚類加入 到所述組合中所生成的新組合是否可信，若是，以該新組合替換所述組合； 否則，廢棄該新組合。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明中預先定義移動目標的平面輪廓模型；對于每 幀掃描數(shù)據(jù)，對該幀數(shù)據(jù)中的激光點進行聚類；在不同激光掃描儀所獲得的 所有聚類中，對于相互距離在預設值內(nèi)的每組聚類，若該組聚類中的所有方 向向量與移動目標的平面輪廓模型匹配，則將該組聚類組合為 一個移動目
標。本發(fā)明通過利用在同一平面內(nèi)任意地點、方向放置的激光掃描儀測量到 的激光點的方向向量與移動目標的平面輪廓^^莫型相匹配的特性，對掃描數(shù)據(jù) 進行融合，提高了多激光掃描儀下的數(shù)據(jù)融合的精確度。


圖1為激光掃描儀應用于交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的示意圖； 圖2為現(xiàn)有的基于多激光掃描儀的數(shù)據(jù)融合處理的流程圖； 圖3為現(xiàn)有的三種激光點陣分布示意圖； 圖4為現(xiàn)有的基于多激光掃描儀的數(shù)據(jù)融合處理的示例圖； 圖5為本發(fā)明實施例提供的三種激光點陣分布示意圖； 圖6為本發(fā)明實施例提供的一個移動目標的所有聚類的方向向量特性 示例圖7為本發(fā)明實施例提供的基于多激光掃描儀的數(shù)據(jù)融合的處理流程
圖8為本發(fā)明實施例提供的將一個或兩個以上聚類生成組合的流程圖； 圖9為本發(fā)明實施例提供的將一個聚類加到已有組合中生成一個新組 合的流程；
圖10為本發(fā)明實施例提供的確定新生成的組合是否可信的流程圖； 圖11為本發(fā)明實施例提供的基于多激光掃描儀的數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的組成圖。
具體實施例方式
通過對三種激光點陣分布2軸、1軸、0軸進行觀察可以發(fā)現(xiàn)測量 到的激光點是有順序的，圖5為本發(fā)明實施例提供的三種激光點陣分布示意 圖，如圖5所示
對于2軸，s為該聚類最初測量到的激光點；e為該聚類最后測量到的 激光點；c為該聚類中的激光點的拐點。定義軸1: ul為e —c的方向向量，
lenl為ec的邊長；4由2: u2為c—s的方向向量，len2為cs的邊長
對于1軸，s為該聚類最初測量到的激光點；e為該聚類最后測量到的
激光點。定義軸l: ul為e^s的方向向量，lenl為es的邊長。 對于0軸，p為中心點，lenl為es長。
再對屬于同一移動目標的聚類進行分析可以發(fā)現(xiàn)所有聚類的方向向量 構成了一個逆時針的環(huán)，如圖6中本發(fā)明實施例提供的一個移動目標的所有 聚類的方向向量特性示例圖所示。
可以推知當有多臺激光掃描儀對同一目標掃描時，設目標共有n(n 為正整數(shù))個側面，則當該目標的n個側面都^皮激光掃描^(義掃描到時，所有 激光掃描儀掃描到的方向向量會構成一個有向閉合的輪廓，該閉合的輪廓即 為目標的平面輪廓；而當該目標只有部分側面被激光掃描儀掃描到時，則激 光掃描儀掃描到的每個方向向量分別與目標的平面輪廓中的 一個有向邊匹 配。
根據(jù)上述移動目標的聚類的特性，本發(fā)明中，預先定義一個移動目標的 平面輪廓模型，對于每幀掃描數(shù)據(jù)，對該幀掃描數(shù)據(jù)中的激光點進行聚類， 對于相互距離小于預設值的每組聚類，若所有聚類的方向向量與移動目標的 平面輪廓模型匹配，則將該組聚類組合為一個移動目標。
在實際中，移動目標的平面輪廓模型可以定義為一個有向n邊形(n為 正整數(shù))，n邊形的各條邊為有向邊，各條邊的方向向量構成一個逆時針或 順時針旋轉的閉合環(huán)；且，若一個聚類的某條軸與移動目標的平面輪廓模型 中的某條有向邊匹配，則稱該軸為該有向邊的支撐向量；若對于有向n邊形 的一對相鄰有向邊，該對相鄰有向邊分別都具有支撐向量，則可確定該對相 鄰有向邊具有角點。以下以移動目標的平面輪廓模型為長方形(n = 4 )為例， 對本發(fā)明進行詳細說明。當n取其它值時，可以參照n= 4的實施例予以實 現(xiàn)。
下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明再作進一步詳細的說明。
圖7為本發(fā)明實施例提供的基于多激光掃描儀的數(shù)據(jù)融合的處理流程
圖，如圖7所示，其具體步驟如下
步驟701:對于每幀掃描數(shù)據(jù)，對該幀數(shù)據(jù)中的激光點進行聚類，然后 對每個聚類進行KL變換，確定該聚類中的激光點陣的分布是點(0軸)、 線(l軸)還是面(2軸)。
步驟702:根據(jù)每個聚類的激光點陣分布，對每個聚類分別用長方形輪 廓進行匹配。
步驟701、 702可采用現(xiàn)有技術實現(xiàn)。
步驟703:在所有聚類中尋找一個未被組合的聚類ci。
i為正整數(shù)，表示聚類的序號。
步驟704:在ci的近鄰中找到一個組合gj。
j為正整數(shù)，表示組合的序號。
這里，可預先設定一個直徑d,本步驟中，在ci的直徑d范圍內(nèi)，按照 與ci的距離的由近及遠，依次尋找組合gj。 d的取值可由經(jīng)驗確定，也可通 過對大量的樣本學習確定，或者由二者共同確定。
步驟705:將ci加到組合gj中，生成一個新的組合gj，。
步驟706:判斷gj，是否可信，若是，執(zhí)行步驟710;否則，執(zhí)行步驟707。
步驟707:廢棄gj，。
步驟708:判斷是否ci的近鄰中的所有組合都已被尋找到，若是，執(zhí)行 步驟709;否則，返回步驟704。
步驟709:為ci生成一個新的組合gk，轉至步驟711。 k為正整數(shù)，表示組合的序號。 步驟710:用gj，更新gj。
步驟711:判斷是否所有聚類都已被組合過，若是，本流程結束；否則， 返回步驟703。
每個組合即代表一個移動目標。
在上述步驟709中提到了為一個聚類ci生成一個組合gk的處理，圖8 給出了本發(fā)明實施例提供的將一個或兩個以上聚類生成組合的流程圖，如圖
8所示，其具體步驟如下
步驟801:在要組合的所有聚類中抽出一條最長軸，定義該最長軸為vl, 將vl按照逆時針旋轉90度、180度、270度，分別得到v2、 v3、 v4。
從聚類中抽出 一條軸的處理可由現(xiàn)有技術實現(xiàn)。
總的來說，當移動目標的平面輪廓為n邊形時，則將vl按照順時針或
逆時針順序旋轉(竺.s)度，其中，s為正整數(shù)，且從l依次取到n-1，每個s
n
對應n邊形的一條有向邊v(s+l)，其中，vl為n邊形的基邊，也稱起始邊。 步驟802:將所有聚類中的所有激光點投影到vl、 v2構成的直角坐標
系上，設激光點在vl上的投影長度為lenl,在v2上的投影長度為len2，確
定所有激光點的中心點p。
對所有激光點在vl、 v2上的坐標分別求均值，即可得到中心點p。 步驟803:將所有聚類中的每個方向向量um (m為正整數(shù))分別與vl、
v2、 v3、 v4匹配，得到vl、 v2、 v3、 v4的支撐向量。
若有um與vn(n二l、 2、 3、 4)匹配，則稱um為vn的支撐向量，置
V一valn = true。
步驟804:若有一對相鄰邊vx、 vy,每個邊都有支撐向量，則置 C_val(x,y)=true，并將該對相鄰邊的角點賦于c(x，y)。其中，x,y=l、 2、 3、4。
至此，組合gk已經(jīng)生成，gk的四條邊分別為vl、 v2、 v3、 v4，其中， lenl為vl、 v3的邊長，len2為v2、 v4的邊長，p為gk的中心點，且，V—valn =true的vn具有支撐向量，C_val(x,y)=True的相鄰邊vx、 vy具有角點c(x,y)。
圖8所示流程不僅適用于將一個聚類生成一個組合的情況，也適用于將 兩個以上聚類生成一個組合的情況。
圖7所示流程的步驟705中提到了將聚類ci加到組合gj中生成一個新 的組合gj，的處理，圖9給出了本發(fā)明實施例提供的將一個聚類加到已有組 合中生成一個新組合的流程，如圖9所示，其具體步驟如下
步驟901:從將要加到組合gj的聚類ci中依次選擇一個軸um。 m為聚類ci中的軸的序號。
步驟902:將um與gj的vl、 v2、 v3、 v4分另'J進行比較。
步驟卯3:判斷是否有vn (n= 1、 2、 3或4 )與um的角度差在預設閾
值內(nèi)，若是，執(zhí)行步驟904;否則，執(zhí)行步驟914。
步驟904:將um作為vn的支撐向量，V—valn-True。 本步驟中的vn即，與um的角度差在預設閾值內(nèi)的vn。若有兩個以上
vn(n=l、 2、 3或4)與um的角度差在預設閾值內(nèi)，則選擇與um的角度
差最小的vn， um為所選擇的vn的支撐向量。
步驟905:判斷是否聚類ci的所有軸都已被選擇過，若是，執(zhí)行步驟
906;否則，返回步驟901。
步驟906:在成為gj的邊的支撐向量的所有um中，選擇一條最長的
uirmx。
步驟907:判斷umax的長度是否大于gj的最大邊長，若是，執(zhí)行步驟 908;否則，執(zhí)行步驟912。
步驟908:將umax作為vl'，將vl，按照逆時針旋轉90度、180度、270 度，分別得到v2，、 v3，、 v4，。
步驟909:將所有聚類(包括聚類ci和gj中的聚類)中的所有激光點 投影到vl'、 v2，構成的直角坐標系上，設激光點在vl，上的投影長度為lenl'， 在v2，上的投影長度為len2，，確定所有激光點的中心點p，。
步驟910:將所有聚類(包括聚類ci和gj中的聚類)中的每個方向向 量uq ( q為正整數(shù))分別與vl'、 v2，、 v3，、 v4，匹配。
若有uq與vn， (n = 1、 2、 3或4)匹配，則稱uq為vn，的支撐向量，置 V—valn" = tru6。
步驟911:若有一對相鄰邊vx'、 vy'，每個邊都有支撐向量，則置 C—val(x，,y，)=Tme,并將該對相鄰邊的角點賦于c(x，,y，)，本流程結束。
至此得到新組合gj，， gj，的四條邊分別為vl'、 v2，、 v3，、 v4，，其中，lenl，
為vl'、 v3，的邊長，len2，為v2，、 v4，的邊長，p，為gj，的中心點，且，V—valn， =true的vn，具有支撐向量，C_val(x，，y，)=True的相鄰邊vx，、 vy，具有角點 c(x，,y，)。
步驟912:根據(jù)vn的相鄰邊是否具有支撐向量的情況，更新vn與其相 鄰邊的角點c以及C_val 。
步驟913:將聚類ci和組合gj中的所有激光點投影到vl、 v2構成的直 角坐標系上，得到vl的新邊長lenl，， v2的新邊長len2，，并確定所有激光 點的新中心點p，，本流程結束。
至此，組合gj，產(chǎn)生，gj，與gi的不同在于，lenl，為vl、 v3的邊長，len2， 為v2、 v4的邊長，p，為gj，的中心點，同時，根據(jù)步驟906: vn增加新的支 撐向量um, V—valn=Tme;根據(jù)步驟912， vn與其相鄰邊可能具有角點。
步驟914:確定ci無法加到組合gj中。
執(zhí)行完本步驟914后，要返回步驟708。
在圖7所示流程的步驟706中提到了判斷新生成的組合gj，是否可信的 處理，圖IO給出了本發(fā)明實施例提供的確定新生成的組合是否可信的流程， 如圖IO所示，其具體步驟如下
步驟1001:判斷新生成的組合gj，的每個軸的長度(lenl或者lenl、len2) 是否都小于預設長度，若是，執(zhí)行步驟1002;否則，執(zhí)行步驟1006。
例如若掃描環(huán)境為交通路口，則lenl、 len2的長度必然小于單個車道 寬，若lenl、 len2中有一個大于單個車道寬，則可確定新生成的組合不可信。
步驟1002:對于gj，中的所有聚類中的每個激光點ak，確定ak所在的 聚類中的軸um在gj，中對應的邊為vn，，計算ak投影到vn，上的距離d(k)。
其中，k為gj，中的所有聚類中的激光點的序號。
步驟1003:計算所有(d(k))的方差Vard。
步驟1004:判斷Vard是否小于預設方差，若是，執(zhí)行步驟1005;否則， 執(zhí)行步驟1006。
預設方差通常根據(jù)經(jīng)驗或通過大量樣本學習得到，例如預設方差可為 0.25。
步驟1005:確定該新生成的組合gj，可信，本流程結束。 步驟1006:確定該新生成的組合gj，不可信。
圖11為本發(fā)明實施例提供的基于多激光掃描儀的數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的組成圖， 如圖11所示，其主要包括
聚類模塊111:對于每幀掃描數(shù)據(jù)，對該幀數(shù)據(jù)中的激光點進行聚類，將 聚類結果輸出到數(shù)據(jù)融合模塊112。
數(shù)據(jù)融合模塊112:接收聚類模塊111發(fā)來的聚類結果，在不同激光掃描 儀所獲得的所有聚類中，對于相互距離在預設值內(nèi)的每組聚類，若該組聚類中 的所有方向向量與預定義的移動目標的平面輪廓模型匹配，則將該組聚類組合 為一個移動目標。
數(shù)據(jù)融合模塊112可進一步包括一模塊，該模塊用于判斷將所述聚類加入 到所述組合中所生成的新組合是否可信，若是，以該新組合替換所述組合；否 則，廢棄該新組合。
數(shù)據(jù)融合模塊112可包括匹配模塊和融合模塊，其中
匹配模塊在所有聚類中選擇一個未加入任何組合的聚類，在與該聚類的 距離為預設值內(nèi)的組合中，選擇一個組合，將從該聚類中抽出的各條軸分別與 所選擇組合的各有向邊匹配，若從該聚類中抽出的每條軸都分別與 一條有向邊 匹配，則將該聚類標識和組合標識發(fā)送給融合模塊；若有任意一條從聚類中抽 出的軸未與任何有向邊匹配上，則將該聚類標識發(fā)送給融合模塊，以指示融合 模塊為該聚類本身生成一個組合。
融合模塊接收匹配模塊發(fā)來的聚類標識和組合標識，將該聚類標識對應 的聚類加入到該組合標識對應的組合中；接收匹配模塊發(fā)來的聚類標識，將該 聚類標識對應的聚類生成一個組合。
在實際應用中，融合模塊可包括邊確定模塊、邊長及中心確定模塊和角 點確定模塊，其中
邊確定模塊接收匹配模塊發(fā)來的聚類標識，將從該聚類標識對應的聚類
中抽出的最長軸作為新組合的基邊，將該基邊按照預卞殳方向旋轉，分別得到新 組合的其它各有向邊。
邊長及中心確定模塊當接收到匹配模塊發(fā)來的聚類標識和組合標識時， 將該聚類標識對應聚類及該組合標識對應組合中的所有激光點投影到新組合的 各有向邊上，得到新組合的各有向邊的邊長，計算所述聚類及所述組合中的所 有激光點的中心，該中心即為新組合的中心；當接收到匹配模塊發(fā)來的聚類標
得到要生成組合的各有向邊的邊長，計算所述聚類中的所有激光點的中心，該 中心即為要生成組合的中心。
角點確定模塊當接收到匹配模塊發(fā)來的聚類標識和組合標識時，在該聚
組合的各有向邊的支撐向量，若有一對相鄰有向邊都有支撐向量，則確定該相 鄰有向邊具有角點；當接收到匹配模塊發(fā)來的聚類標識時，在該聚類標識對應 聚類中的所有方向向量中，搜索要生成組合的各有向邊的支撐向量，若有一對 相鄰有向邊都有支撐向量，則確定該相鄰有向邊具有角點。
以上所述僅為本發(fā)明的過程及方法實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在 本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1、一種基于多激光掃描儀的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，預先定義移動目標的平面輪廓模型，該方法包括對于每幀掃描數(shù)據(jù)，對該幀數(shù)據(jù)中的激光點進行聚類；在不同激光掃描儀所獲得的所有聚類中，對于相互距離在預設值內(nèi)的每組聚類，若該組聚類中的所有方向向量與移動目標的平面輪廓模型匹配，則將該組聚類組合為一個移動目標。
2、 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述移動目標的平面輪廓模型 為一個有向多邊形，多邊形的各條邊為有向邊，各條邊的方向向量構成一個逆 時針或順時針旋轉的閉合環(huán)，且，若從聚類中抽出的軸與有向多邊形的一條有 向邊匹配，則將該軸作為該有向邊的支撐向量。
3、 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述對于相互距離在預設值內(nèi) 的每組聚類，若該組聚類中的所有方向向量與移動目標的平面輪廓模型匹配， 則將該組聚類組合為一個移動目標包括在不同激光掃描儀所獲得的所有聚類中選擇一個未加入任何組合的聚類， 在與該聚類的距離為預設值內(nèi)的組合中，選擇一個組合，將從該聚類中抽出的 各條軸分別與所選擇組合的各有向邊匹配，若從該聚類中抽出的每條軸都分別 與一條有向邊匹配，則將該聚類加入到該組合中。
4、 如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述將從該聚類中抽出的各條 軸分別與所選擇組合的各有向邊匹配為對于從該聚類中抽出的每條軸，分別 計算該軸與所選擇組合的各條有向邊的角度差，若與一條有向邊的角度差小于 預設值，則認為該軸與該條有向邊匹配上。
5、 如權利要求3所述的方法，其特征在于，當從該聚類中抽出的每條軸都 分別與 一條有向邊匹配，且從聚類中抽出的最長軸大于組合的最長有向邊的邊 長時，所述將該聚類加入到該組合中包括將從所述聚類中抽出的最長軸作為新組合的基邊，將該基邊按照預設方向 旋轉，分別得到新組合的其它各有向邊；將所述聚類及所述組合中的所有激光點投影到新組合的各有向邊上，得到 新組合的各有向邊的邊長，計算所述聚類及所述組合中的所有激光點的中心，該中心即為新組合的中心；在所述聚類及所述組合中的聚類中的所有方向向量中，搜索新組合的各有 向邊的支撐向量，若新組合有一對相鄰有向邊都有支撐向量，則確定該相鄰有 向邊具有角點；以新組合更新所述組合。
6、如權利要求3所述的方法，其特征在于，當從該聚類中抽出的每條軸都 分別與一條有向邊匹配，且從聚類中抽出的每條軸的長度都不大于組合的最長 有向邊的邊長時，所述將該聚類加入到該組合中包括到所述組合的各有向邊的新邊長，計算所述聚類及所述組合中的所有激光點的 中心，該中心即為所述組合的新中心；若發(fā)現(xiàn)從所述聚類中抽出的軸投影到的有向邊與其相鄰邊由不都具有支撐 向量變?yōu)槎季哂兄蜗蛄?，則確定該對相鄰有向邊產(chǎn)生了角點。
7、 如權利要求3所述的方法，其特征在于，當有任意一條從所述聚類中抽 出的軸未與任何有向邊匹配上時，所述方法進一步包括為該聚類本身生成一 個組合。
8、 如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述為該聚類本身生成一個組 合包括將從所述聚類中抽出的最長軸作為要生成的組合的基邊，將該基邊按照預 設方向旋轉，分別得到新組合的其它各有向邊；將所述聚類中的所有激光點投影到要生成組合的各有向邊上，得到要生成 組合的各有向邊的邊長，計算所述聚類中的所有激光點的中心，該中心即為要 生成組合的中心；在所述聚類中的所有方向向量中，搜索要生成組合的各有向邊的支撐向量， 若有一對相鄰有向邊都有支撐向量，則確定該相鄰有向邊具有角點。
9、 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述將該聚類加入到該組合中 之后進一步包括判斷將所述聚類加入到所述組合中所生成的新組合是否可信， 若是，以該新組合替換所述組合；否則，廢棄該新組合。
10、 如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述移動目標的平面輪廓模 型為一個有向多邊形，所述判斷將所述聚類加入到所述組合中所生成的新組合是否可信包括對 于新組合中的所有聚類中的每個激光點，確定該激光點所在的聚類中的軸在新 組合中的對應邊，計算該激光點到該對應邊的投影距離，計算所有激光點對應 的距離的方差，若該方差值小于預設方差，則確定該新組合不可信；否則，確 定該新組合可信。
11、 一種基于多激光掃描儀的數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括 聚類才莫塊，對于每幀掃描數(shù)據(jù)，對該幀數(shù)據(jù)中的激光點進行聚類，將聚類結果輸出到數(shù)據(jù)融合^f莫塊；數(shù)據(jù)融合模塊，在不同激光掃描儀所獲得的所有聚類中，對于相互距離在 預設值內(nèi)的每組聚類，若該組聚類中的所有方向向量與預定義的移動目標的平 面輪廓模型匹配，則將該組聚類組合為一個移動目標。
12、 如權利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)融合模塊包括 匹配模塊，在所有聚類中選擇一個未加入任何組合的聚類，在與該聚類的距離為預設值內(nèi)的組合中，選擇一個組合，將從該聚類中抽出的各條軸分別與 所選擇組合的各有向邊匹配，若從該聚類中抽出的每條軸都分別與一條有向邊 匹配，則將該聚類標識和組合標識發(fā)送給融合模塊；融合模塊，接收匹配模塊發(fā)來的聚類標識和組合標識，將該聚類標識對應 的聚類加入到該組合標識對應的組合中。
13、 如權利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述融合模塊包括 邊確定模塊，將從所述聚類中抽出的最長軸作為新組合的基邊，將該基邊按照預設方向旋轉，分別得到新組合的其它各有向邊； 邊長及中心確定模塊，將所述聚類及所述組合中的所有激光點投影到新組 合的各有向邊上，得到新組合的各有向邊的邊長，計算所述聚類及所述組合中的所有激光點的中心，該中心即為新組合的中心；角點確定才莫塊，在所述聚類及所述組合中的聚類中的所有方向向量中，搜 索新組合的各有向邊的支撐向量，若有一對相鄰有向邊都有支撐向量，則確定 該相鄰有向邊具有角點。
14、 如權利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述匹配模塊進一步包括一 模塊，該模塊用于在發(fā)現(xiàn)有任意一條從聚類中抽出的軸未與任何有向邊匹配上 后，將該聚類標識發(fā)送給融合模塊，以指示融合模塊為該聚類本身生成一個組 合。
15、 如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述融合模塊包括 邊確定模塊，將從所述聚類中抽出的最長軸作為要生成的組合的基邊，將該基邊按照預設方向旋轉，分別得到新組合的其它各有向邊；邊長及中心確定模塊，將所述聚類中的所有激光點投影到要生成組合的各有向邊上，得到要生成組合的各有向邊的邊長，計算所述聚類中的所有激光點 的中心，該中心即為要生成組合的中心；角點確定模塊，在所述聚類中的所有方向向量中，搜索要生成組合的各有 向邊的支撐向量，若有一對相鄰有向邊都有支撐向量，則確定該相鄰有向邊具 有角點。
16、 如權利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)融合^^塊進一步包 括一模塊，該模塊用于判斷將所述聚類加入到所述組合中所生成的新組合是否 可信，若是，以該新組合替換所述組合；否則，廢棄該新組合。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于多激光掃描儀的數(shù)據(jù)融合方法及系統(tǒng)。方法包括預先定義移動目標的平面輪廓模型；對于每幀掃描數(shù)據(jù)，對該幀數(shù)據(jù)中的激光點進行聚類；在不同激光掃描儀所獲得的所有聚類中，對于相互距離在預設值內(nèi)的每組聚類，若該組聚類中的所有方向向量與移動目標的平面輪廓模型匹配，則將該組聚類組合為一個移動目標。本發(fā)明通過利用在同一平面內(nèi)任意地點、方向放置的激光掃描儀所測量到的激光點的方向向量與移動目標的平面輪廓模型相匹配的特性，對掃描數(shù)據(jù)進行融合，提高了多激光掃描儀下的數(shù)據(jù)融合的精確度。
文檔編號G01S7/48GK101387700SQ20081017131
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月12日 優(yōu)先權日2008年10月12日
發(fā)明者柴崎亮介, 趙卉菁 申請人:北京大學;柴崎亮介