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前言
激光雷達(dá)掃描得到的點(diǎn)云含有大部分地面點(diǎn)泞边，這對(duì)后續(xù)障礙物點(diǎn)云的分類郭计、識(shí)別和跟蹤帶來麻煩灼芭，所以需要首先濾波濾掉。傳統(tǒng)的基于幾何特征的濾波是最基本最簡單的方法癣猾，目前本文嘗試的有如下幾種：
- 水平面校準(zhǔn)
- 法向量
- 柵格高度差
- 柵格最低高度以上0.2米
- 絕對(duì)高度
- 平均高度
以上方法基于假設(shè)是地面點(diǎn)云所構(gòu)成的地面為平面，而不是弧面余爆，當(dāng)然對(duì)于有傾斜角度的地面也是可以先通過水平面校準(zhǔn)然后再進(jìn)行后處理來達(dá)到目標(biāo)纷宇。下面將針對(duì)以上幾種方法，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果比對(duì)各自方法優(yōu)劣蛾方。
1. 激光雷達(dá)地面點(diǎn)云分割方法
1.1 水平面校準(zhǔn)
水平面校準(zhǔn)顧名思義就是通過找到地面點(diǎn)所在平面像捶，然后進(jìn)行校準(zhǔn)點(diǎn)云的方法。通過此步可將數(shù)據(jù)采集階段桩砰，采集道德地面點(diǎn)云相對(duì)于激光雷達(dá) z 軸不平行校準(zhǔn)為與之平行拓春。目的是為后續(xù)處理提供更易于處理的點(diǎn)云。
方法過程：
- 分割出大致地面點(diǎn)
- 找到地點(diǎn)所在平面
- 通過變換矩陣校準(zhǔn)平面
1. 分割出大致地面點(diǎn)
這一步可使用柵格高度差亚隅、絕對(duì)高度硼莽、法向量等方法來進(jìn)行分割，目的只需要找到大部分地面點(diǎn)即可枢步，不用進(jìn)行精確的分割沉删。本文通過法向量進(jìn)行分割找到地面點(diǎn)。
2. 找到地點(diǎn)所在平面
通過PCL自帶函數(shù)進(jìn)行處理醉途。
bool estimateGroundPlane(PointCloudXYZI::Ptr &in_cloud, PointCloudXYZI::Ptr &out_cloud,
visualization_msgs::MarkerPtr &plane_marker, const float in_distance_thre)
{
//plane segmentation
pcl::SACSegmentation<pcl::PointXYZI> plane_seg;
pcl::PointIndices::Ptr plane_inliers ( new pcl::PointIndices );
pcl::ModelCoefficients::Ptr plane_coefficients ( new pcl::ModelCoefficients );
plane_seg.setOptimizeCoefficients (true);
plane_seg.setModelType ( pcl::SACMODEL_PLANE );
plane_seg.setMethodType ( pcl::SAC_RANSAC );
plane_seg.setDistanceThreshold ( in_distance_thre );
plane_seg.setInputCloud ( in_cloud );
plane_seg.segment ( *plane_inliers, *plane_coefficients );
return true;
}
通過上述代碼找到平面之后矾瑰，確定平面法向量就可以找到其到 z 軸的變換矩陣 T 。
3. 通過變換矩陣校準(zhǔn)平面
將原始點(diǎn)云與變換矩陣 T 作點(diǎn)積就可得到校準(zhǔn)后點(diǎn)云隘擎。
從圖左下方可觀察到校準(zhǔn)后點(diǎn)云與原始點(diǎn)云有一定距離，說明激光雷達(dá)在采集數(shù)據(jù)時(shí)货葬，其 z 軸與地面法向量不平行采幌，而且這種情況隨時(shí)都在發(fā)生。自動(dòng)駕駛車輛行駛過程中震桶，路面隨時(shí)都有小的顛簸休傍，偶爾還會(huì)有較大顛簸，如通過城市道路中的減速帶蹲姐，轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過大等等情況磨取。所以校準(zhǔn)點(diǎn)云是很有必要的。
1.2 柵格高度差方法
方法過程：
- 根據(jù)柵格尺寸生成柵格
- 計(jì)算每個(gè)柵格最低點(diǎn)與最高點(diǎn)高度差
- 比較 h 與預(yù)設(shè)高度差閾值 threshold 大小柴墩，對(duì)柵格進(jìn)行分類
- 根據(jù)柵格分類忙厌，對(duì)柵格內(nèi)點(diǎn)進(jìn)行分類
方法結(jié)果
結(jié)果分析
依據(jù)對(duì)每個(gè)柵格的高度差的大小進(jìn)行分類，柵格高度差方法依賴于點(diǎn)云數(shù)據(jù)江咳。柵格內(nèi)地面點(diǎn)高度差特征符合柵格高度差方法逢净，但是對(duì)于高平臺(tái)仍然符合該特征，所以對(duì)于進(jìn)行柵格話之后的高平臺(tái)點(diǎn)仍然被分類為地面點(diǎn)。但是爹土，該方法的分類出的地面點(diǎn)包含真實(shí)的地面點(diǎn)甥雕。
1.3 法向量方法
法向量方法基于假設(shè)為計(jì)算得到的地面點(diǎn)法向量為豎直向上或向下，即地面點(diǎn)法向量值為 （0, 0, 1） 或 （0, 0, -1） 着饥。
方法過程：
- 計(jì)算點(diǎn)法向量
- 設(shè)定法向量閾值 threshold 進(jìn)行點(diǎn)分類
方法結(jié)果
結(jié)果分析
根據(jù)法向量方法的假設(shè)犀农，一定要先對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行校正惰赋，如果不進(jìn)行校正宰掉，那么很可能出現(xiàn)某一幀沒有地面點(diǎn)被分割出來的極端情況（激光雷達(dá)傾斜角度過大）。法向量方法與高度差方法結(jié)果類似赁濒，對(duì)于平臺(tái)類型障礙物生成的點(diǎn)無法有效區(qū)分轨奄。所以可以看到右視圖中有部分店漂浮與真實(shí)地面點(diǎn)上方。
1.4 柵格最低高度以上0.2米方法
柵格最低高度以上 0.2 米方法中的數(shù)值 0.2 可在 0.2 附近進(jìn)行選取拒炎，有論文設(shè)置為 0.15 挪拟。此方法與柵格高度差方法類似，也是基于柵格內(nèi)點(diǎn)的高度信息來進(jìn)行點(diǎn)分類击你。不過該方法并沒有對(duì)柵格進(jìn)行地面柵格或障礙物柵格分類玉组，而在每個(gè)柵格內(nèi)進(jìn)行點(diǎn)的分類，最后將所有柵格內(nèi)的點(diǎn)匯總得到地面點(diǎn)丁侄。
方法過程：
- 生成柵格地圖
- 找到柵格內(nèi)最低點(diǎn)惯雳，并儲(chǔ)存其高度 h
- 找到柵格內(nèi)點(diǎn)高度小于 h + 0.2，分類為地面點(diǎn)
方法結(jié)果
結(jié)果分析
柵格最低高度以上0.2米方法依賴于柵格內(nèi)的最低點(diǎn)選取鸿摇，當(dāng)最地點(diǎn)正好是真實(shí)地面點(diǎn)時(shí)石景，結(jié)果較為正確，反之則不然拙吉。與柵格高度差方法類似潮孽，該方法對(duì)懸浮物無法處理。
1.5 絕對(duì)高度方法
絕對(duì)高度方法根據(jù)校準(zhǔn)后點(diǎn)云高度進(jìn)行分割筷黔，通過設(shè)定閾值將點(diǎn)云分為地面點(diǎn)和障礙物點(diǎn)往史。
方法過程：
- 校準(zhǔn)點(diǎn)云
- 根據(jù)高度閾值 threshold 對(duì)點(diǎn)進(jìn)行分類
方法結(jié)果
結(jié)果分析
絕對(duì)高度方法必須對(duì)校準(zhǔn)點(diǎn)云進(jìn)行操作，根據(jù)校準(zhǔn)后點(diǎn)云通過設(shè)定高度閾值進(jìn)行分類佛舱。從鳥瞰圖可看出椎例，遠(yuǎn)處有一部分地面點(diǎn)被分割為障礙物點(diǎn)，從結(jié)果右視圖可看出名眉，該方法對(duì)懸浮物可很好處理粟矿。
1.6 平均高度方法
平均高度方法是對(duì)預(yù)處理后已經(jīng)包含大部分地面點(diǎn)進(jìn)行的處理，而不能單獨(dú)進(jìn)行使用损拢。本文采用柵格最低點(diǎn)高度以上 0.2 米方法作為預(yù)處理陌粹，其他地面點(diǎn)預(yù)處理也可。該方法基于假設(shè)為福压，預(yù)處理分割后得到點(diǎn)中地面點(diǎn)為絕大部分點(diǎn)掏秩，從而可根據(jù)平均高度作為進(jìn)一步濾波或舞。
方法過程：
- 柵格最低點(diǎn)高度以上 0.2 米方法分割出地面點(diǎn)
- 計(jì)算 過程 1. 得到地面點(diǎn)的平均高度 h
- 以 h 為閾值再進(jìn)行分割得到地面點(diǎn)
方法結(jié)果
結(jié)果分析
平均高度方法作為其他方法的一個(gè)小的補(bǔ)充，可對(duì)分割出的點(diǎn)懸浮物點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步濾波蒙幻。但對(duì)當(dāng)大平臺(tái)場景無法處理映凳。
結(jié)論
本文對(duì)基于幾何特征方法 水平面校準(zhǔn)方法、法向量方法邮破、柵格高度差方法诈豌、柵格最低高度以上0.2米方法、絕對(duì)高度方法抒和、平均高度方法 等方法進(jìn)行了分別分析矫渔，對(duì)各自方法優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了探討。各個(gè)方法可以進(jìn)行合理組合來達(dá)到地面點(diǎn)分割效果摧莽。
這些方法可作為機(jī)器學(xué)習(xí)方法的數(shù)據(jù)集生成庙洼，為機(jī)器學(xué)習(xí)方法做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
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