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专利号: 2019110664355
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种扫描激光雷达探测数据网格化可视化方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1、根据扫描激光雷达探测数据的探测扫描距离和探测角度,定义尺寸为m×n的可视化图形区域,m为宽,n为高,这里以计算机屏幕像素为单位;

步骤2、设扫描激光雷达探测数据的极坐标表示形式为D(R,Θ),定义数据V(m,n),并用

0值初始化;对D(R,Θ)进行坐标转换,转换成笛卡尔积坐标形式,根据坐标得到网格化扫描激光雷达矩阵数据V(m,n);其中,R为扫描激光雷达探测采样点与激光雷达设备之间的径向距离集合,Θ是扫描激光雷达探测仰角集合;

步骤3、采用归一化方法标准化处理数据V(m,n)得到扫描激光雷达标准化矩阵数据U(m,n);

步骤4、利用垂直水平插值方法对U(m,n)中的数据缺失位置处进行插值填补,将U(m,n)中相应位置的0值数值替换为插值数值,得到数据G(m,n);

步骤5、创建与可视化图形尺寸m和n对应的二维空间颜色矩阵数据C(m,n)并初始化,构建数据映射方法,将数据G(m,n)映射到表示数值强度的C(m,n)中;

步骤6、利用像素与C(m,n)的对应关系,通过程序可视化方法将C(m,n)的数值绘制到像素位置,最终将C(m,n)的每一个数值绘制为表征大气垂直结构的剖面图形。

2.根据权利要求1所述的一种扫描激光雷达探测数据网格化可视化方法,其特征在于,步骤1中:m=rp·cosθq,n=rp·sinθq

其中,rp为扫描激光雷达探测仰角方向上的第p个采样点距离,p为扫描激光雷达探测仰角方向上的最大采样点数,θq表示为扫描激光雷达探测的第q个仰角,q为最大探测仰角数。

3.根据权利要求2所述的一种扫描激光雷达探测数据网格化可视化方法,其特征在于,步骤2中对数据V(m,n)进行定义,并用0值初始化,具体如下所示:对D(R,Θ)进行坐标转换,转换成笛卡尔积坐标形式得到扫描激光雷达矩阵数据V(m,n),R、Θ、D(R,Θ)与V(m,n)如下表示:R=(r1 r2 … rp),

Θ=(θ1 θ2 … θq),

转换的具体方法为:

将D(R,Θ)中的元素d(rs,θt)的极坐标形式转换为笛卡尔积坐标形式,V(m,n)为由d(rs,θt)的极坐标形式转换为笛卡尔积坐标形式后的v(i,j)元素集合,具体转化方式如下:其中, 表示向下取整,rs表示为扫描激光雷达探测的第s个数据采样点,s=1,2,…,p,θt表示为扫描激光雷达探测的第t个仰角,t=1,2,…,q,0≤i≤n,0≤j≤m,即有:v(i,j)=d(rs,θt)

转换完成后,V(m,n)的形式为:

4.根据权利要求3所述的一种扫描激光雷达探测数据网格化可视化方法,其特征在于,步骤3中采用归一化方法标准化处理数据V(m,n)得到扫描激光雷达标准化矩阵数据U(m,n)的方法为:将V(m,n)中的元素v(i,j)采用归一化方法标准化处理得到u(i,j),v(i,j)与u(i,j)的关系如下式:U(m,n)={u(i,j)}

      =V(m,n)/(dmax-dmin)

      ={v(i,j)}/(dmax-dmin)

其中,u(i,j)为U(m,n)的元素,0≤i≤n,0≤j≤m,u(i,j)为v(i,j)标准化处理以后的数值,dmax和dmin分别为V(m,n)中的最大值和最小值,最终使1≥u(i,j)≥0;

转换完成后,U(m,n)的形式为:

5.根据权利要求4所述的一种扫描激光雷达探测数据网格化可视化方法,其特征在于,步骤4具体按照以下步骤实施:步骤4.1、令扫描激光雷达距离分辨率对应为可视化图形中的像素点,即长度为1个单位;

步骤4.2、通过m和n遍历U(m,n)中的元素u(i,j),若u(i,j)为0且在扫描探测区域内,则u(i,j)为待插值数据,转换成对应的极坐标系下的θ和r,获得d(r,θ),利用垂直水平线性插值法,计算d(r,θ)值,赋值给u(i,j),这样就填补了U(m,n)中的缺失数据,得到数据G(m,n),完成扫描激光雷达探测数据的缺失数据填补。

6.根据权利要求5所述的一种扫描激光雷达探测数据网格化可视化方法,其特征在于,步骤4.2具体按照以下步骤实施:步骤4.2.1、具体确定插值参数数据:从U(m,n)的元素u(i,j)进行遍历,若u(i,j)>0,则跳过,若u(i,j)=0,则为待插值填补数据,0≤i≤n,0≤j≤m,u(i,j)转换成极坐标形式表示为d(r,θ),对于d(r,θ),该数据位于扫描范围内,即r≤rq,其中,θ=arctan(i/j),r=j/cosθ

遍历D(R,Θ)的探测角度集Θ,查找θt和θt+1,使得θt≥θ≥θt+1,其中t=1,2,…,q,θt,θt+1∈Θ,则,在垂直方向上,θt+1角度的探测方向上的参考数据点的探测距离ra,通过如下计算获得:ra=j/cosθt+1,

同理,垂直方向上的θt角度探测方向上的参考数据点极坐标rb,通过如下计算获得:rb=j/cosθt

那么,可得在水平方向上的参考数据点为,rd=i/sinθt+1和re=i/sinθt,这样,获取插值数据参考数据为d(rb,θt),d(ra,θt+1),d(re,θt),d(rd,θt+1);

步骤4.2.2、通过垂直水平方向上进行插值数据d(r,θ)的计算,计算方法为:d(r,θ)=[ωb·d(rb,θt)+ωa·d(ra,θt+1)+ωe·d(re,θt)+ωd·d(rd,θt+1)]/(ωb+ωa+ωe+ωd)这里,ωb,ωa,ωe,ωd分别为d(rb,θt),d(ra,θt+1),d(re,θt),d(rd,θt+1)的权重,具体计算方法如,ωb=(ra·sinθt+1-i)/(ra·sinθt+1-rb·sinθt)ωa=(i-ra·sinθt)/(ra·sinθt+1-rb·sinθt)ωe=(j-rd·cosθt+1)/(re·cosθt-rd·cosθt+1)ωd=(re·cosθt-j)/(re·cosθt-rd·cosθt+1)即可获得u(i,j)对应的d(r,θ)的计算值,根据以上计算方法,对r

步骤4.2.3、将填补的d(r,θ)替换数据U(m,n)在i行j列的数据u(i,j),获得G(m,n),即g(i,j)=d(r,θ)对于待插值数据d(r,θ)位于扫描范围外,即r>rq基的数据点保持0值数据直接复制,即g(i,j)=u(i,j)。

7.根据权利要求6所述的一种扫描激光雷达探测数据网格化可视化方法,其特征在于,步骤5具体按照以下步骤实施:步骤5.1、设初始的C(m,n)每个元素的数值为0;

步骤5.2、确定颜色表示范围,采用HIS颜色模型,其色调H的色度范围为[0,2π],起始点选用蓝色,使用连续颜色区域为蓝色-青色-绿色-黄色-红色-品红的连续段,色度范围为[0,5π/3];

步骤5.3、将G(m,n)转换为表示数值强度色度值储入对应的颜色矩阵数据C(m,n)中,具体为:因G(m,n)的数值介于0和1之间,因此需将数值映射为色调的范围内,其映射规则如下,c(i,j)=g(i,j)·5π/3

其中,c(i,j)为C(m,n)中第i行j列的元素,0≤i≤n,0≤j≤m,这样即获得了完整的表示数值强度的数据C(m,n),完成数据与颜色的映射。

8.根据权利要求7所述的一种扫描激光雷达探测数据网格化可视化方法,其特征在于,步骤6具体按照以下步骤实施:在可视化图形m×n区域中,通过遍历颜色矩阵数据C(m,n),循环读取C(m,n)中的元素c(i,j),并在计算机图像坐标系中的第i行j列位置,利用GDI+编程技术,描绘出该像素点的颜色值,最终完成扫描激光雷达探测数据可视化图形的绘制。