本發(fā)明涉及激光點(diǎn)云處理，具體為一種基于瀏覽器的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)在線解算與處理方法。

背景技術(shù)：

1、激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)是一種通過激光掃描獲取的空間數(shù)據(jù)，具有精度高、信息豐富等特點(diǎn)。激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理是對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和挖掘的過程。在三維建模、無人駕駛、機(jī)器人等領(lǐng)域，激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理扮演著重要的角色；以無人駕駛車輛為例，激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理可以應(yīng)用于無人駕駛車輛的環(huán)境感知和導(dǎo)航控制中。通過激光雷達(dá)掃描獲取周圍環(huán)境的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和分割，可以將車輛周圍的環(huán)境進(jìn)行識(shí)別和分類。然后進(jìn)行三維建模，構(gòu)建車輛周圍的三維環(huán)境模型，進(jìn)一步進(jìn)行路徑規(guī)劃和避障控制等智能駕駛?cè)蝿?wù)。最后，將處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)無人駕駛車輛在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用。

2、現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺陷或問題：現(xiàn)有的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理方法，多基于應(yīng)用客戶端完成，安裝和升級(jí)程序繁瑣，更換設(shè)備麻煩；同時(shí)交互效果交叉，無法滿足用戶的對(duì)多維度數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)交互的需求，用戶體驗(yàn)不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種基于瀏覽器的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)在線解算與處理方法，以解決背景技術(shù)中所提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于瀏覽器的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)在線解算與處理方法，包括如下步驟：

3、步驟一：數(shù)據(jù)加載與顯示：

4、使用webgl技術(shù)將大量的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)加載到瀏覽器中，并通過三維場(chǎng)景渲染技術(shù)實(shí)時(shí)顯示和交互；

5、步驟二：數(shù)據(jù)預(yù)處理與濾波：

6、在瀏覽器中實(shí)現(xiàn)對(duì)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理，如去噪、濾波和配準(zhǔn)操作；

7、步驟三：特征數(shù)據(jù)提取以及有效分析：

8、基于瀏覽器的算法實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云中的特征數(shù)據(jù)提取，如地面提取、物體識(shí)別和分類；

9、步驟四：實(shí)時(shí)解算與模型擬合：

10、利用瀏覽器中的計(jì)算能力，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的結(jié)算和模型擬合；

11、步驟五：完成云端計(jì)算支持：

12、結(jié)合云端計(jì)算資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高效處理和分析，且通過瀏覽器界面管理和調(diào)度計(jì)算任務(wù)；

13、步驟六：完成交互式分析以及可視化處理：

14、提供用戶友好的交互界面，允許用戶在瀏覽器中對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度分析和實(shí)時(shí)可視化，支持?jǐn)?shù)據(jù)的導(dǎo)出和共享。

15、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述數(shù)據(jù)加載與顯示具體操作步驟具體如下：

16、1)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)通常以las(lidar?data?exchange?format)或pts(point?clouddata)格式存儲(chǔ)，在加載到webgl之前，可能需要進(jìn)行以下預(yù)處理：

17、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換：將原始的點(diǎn)云數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為webgl可處理的格式，通常采用json及二進(jìn)制數(shù)據(jù)；

18、數(shù)據(jù)壓縮：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，以此減少傳輸和預(yù)載時(shí)間；

19、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換：根據(jù)需要，可將點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為更為適合webgl渲染的坐標(biāo)系；

20、2)在webgl中記載大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)的效率是關(guān)鍵，通常有以下幾種方法：

21、直接加載到內(nèi)存中：對(duì)于小規(guī)模的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可直接將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在javascript變量中；

22、分塊加載：對(duì)應(yīng)大規(guī)模數(shù)據(jù)，采用分塊加載的方法，根據(jù)視野范圍動(dòng)態(tài)加載和卸載數(shù)據(jù)塊；

23、使用緩沖區(qū)對(duì)象：webgl中的緩沖區(qū)對(duì)象勻速高效地完成管理和處理大量數(shù)據(jù)，通過緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)，可以將點(diǎn)云數(shù)據(jù)發(fā)送到gpu以進(jìn)行并行處理和渲染；

24、3)由于webgl是基于opengl?es的web圖形庫(kù)，它允許在web瀏覽器中使用javascript進(jìn)行硬件加速的3d圖形渲染，在點(diǎn)云數(shù)據(jù)渲染中，其具體可選用如下步驟實(shí)現(xiàn)：

25、頂點(diǎn)著色器與片段著色器：采用頂點(diǎn)著色器處理點(diǎn)的位置和顏色信息，片段著色器用于渲染每個(gè)點(diǎn)的最終顏色；

26、緩沖區(qū)對(duì)象：使用緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)管理頂點(diǎn)數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，以便在gpu上高效的處理與渲染；

27、著色器程序：編寫和優(yōu)化頂點(diǎn)著色器和片段著色器程序，以此最大化渲染性能和質(zhì)量；

28、4)完成實(shí)時(shí)顯示和交互，可選用如下方法：

29、視圖變換和攝像機(jī)控制：實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)場(chǎng)景的旋轉(zhuǎn)、縮放和平移操作，使得操作可以改變視角；

30、點(diǎn)選和性能：實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的點(diǎn)選和選取功能，可通過射線拾取來檢測(cè)用戶點(diǎn)擊的點(diǎn)云；

31、動(dòng)態(tài)更新：根據(jù)用戶交互和數(shù)據(jù)更新，動(dòng)態(tài)地更新渲染的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

32、5)在加載和渲染點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)，還需要考慮性能和安全性的問題：

33、數(shù)據(jù)流和分段加載：避免一次記載過多的數(shù)據(jù)，采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)流和分段加載策略，能夠提升渲染效率和用戶體驗(yàn)；

34、確保通過https傳輸數(shù)據(jù)，避免敏感數(shù)據(jù)在傳輸過程中泄漏。

35、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述去噪及濾波處理具體如下：

36、1)首先，確保激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)能夠在webgl中有效的加載與解析；

37、2)選擇有效的去噪及濾波算法，可選用統(tǒng)計(jì)濾波器；體素網(wǎng)格濾波以及高斯濾波中的一種完成；

38、3)在瀏覽器環(huán)境中實(shí)現(xiàn)上述算法，通常需要一個(gè)高效的javascript代碼，選用統(tǒng)計(jì)濾波器完成；

39、4)在實(shí)現(xiàn)過程中，需要進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化，確保算法能夠在瀏覽器中以合理的時(shí)間內(nèi)完成處理；

40、所述配準(zhǔn)處理具體如下：

41、1)需要確保能夠加載并解析兩組點(diǎn)云數(shù)據(jù)，分別用作源點(diǎn)云和目標(biāo)點(diǎn)云，可以通過文件加載或網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求獲取數(shù)據(jù)；

42、2)運(yùn)用迭代最近點(diǎn)算法，用于找到最優(yōu)的旋轉(zhuǎn)和平移變換，使得兩組點(diǎn)云盡可能的重合；

43、3)隨后使用合適的webgl庫(kù)將處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)渲染到瀏覽器中，以便于用戶查看配準(zhǔn)結(jié)果，在上述過程中，需要進(jìn)行調(diào)試和性能優(yōu)化。

44、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)地面提取具體如下：

45、1)通過文件加載，完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的加載；

46、2)選用隨機(jī)采樣一致性(ransac)完成地面提?。?/p>

47、3)提取地面和非地面點(diǎn)之后，進(jìn)一步完成對(duì)該類數(shù)據(jù)的處理，同時(shí)利用webgl將處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)渲染到瀏覽器中；

48、所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)地面提取具體如下：

49、1)通過文件加載，完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的加載；

50、2)選用基于區(qū)域生產(chǎn)的物體分割方法，在瀏覽器中實(shí)現(xiàn)物體分割；

51、3)在完成物體識(shí)別后，將識(shí)別出的物體點(diǎn)云進(jìn)行處理和可視化；

52、所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)分類處理具體如下：

53、1)通過文件加載，完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的加載；

54、2)選用基于支持向量機(jī)(svm)的點(diǎn)云分類方法，在瀏覽器中點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分類；

55、3)在完成點(diǎn)云分類后，可將分類結(jié)果進(jìn)行處理和可視化。

56、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述實(shí)時(shí)結(jié)算與模型擬合步驟具體如下：

57、1)完成對(duì)上述步驟中進(jìn)行有預(yù)處理的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的加載；

58、2)對(duì)于點(diǎn)云數(shù)據(jù)，需要提取特征和計(jì)算描述子，特征提取可基于點(diǎn)云的幾何屬性、法向量以及曲面率，而描述子則是對(duì)局部或全局結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)描述；

59、3)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的模型；

60、4)使用數(shù)值優(yōu)化算法來擬合模型到點(diǎn)云數(shù)據(jù)，所述數(shù)值優(yōu)化算法可選用最小二乘法及梯度下降法中的一種；

61、5)在瀏覽器中實(shí)時(shí)處理和更新模式，確保用戶可交互并觀察擬合結(jié)構(gòu)；

62、6)上述步驟可選用最小二乘法將一個(gè)平面擬合到點(diǎn)云數(shù)據(jù)中，從而得出最優(yōu)平面參數(shù)，使得點(diǎn)到平面的誤差最小化；

63、7)在瀏覽器中實(shí)現(xiàn)模型擬合后，可實(shí)時(shí)反饋和更新擬合結(jié)果，用戶可通過交互改變點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以觀察擬合效果的變化。

64、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述云端計(jì)算支持具體方式如下：

65、1)設(shè)計(jì)一個(gè)分布式架構(gòu)，結(jié)合云端計(jì)算資源和瀏覽器端用戶結(jié)構(gòu)，架構(gòu)包括如下組件：

66、云端計(jì)算資源：使用云服務(wù)提供商(例如aws、azure、googlecloud)的計(jì)算案例，確保具備足夠的計(jì)算能力來處理大規(guī)模點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

67、后端服務(wù)：提供數(shù)據(jù)處理和分析的api接口，接受來自瀏覽器端的請(qǐng)求，并將任務(wù)分發(fā)給云端計(jì)算資源執(zhí)行；

68、前端界面：提供用戶友好的瀏覽器界面，讓用戶上傳、管理和監(jiān)控點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理任務(wù)；

69、2)完成數(shù)據(jù)上傳與預(yù)處理，其具體子步驟如下：

70、子步驟一：用戶通過瀏覽器界面上傳大規(guī)模點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件，可使用現(xiàn)代的前端技術(shù)(例如dropzone.js)或直接通過web?api上傳到后端服務(wù)；

71、子步驟二：后端服務(wù)接收上傳的數(shù)據(jù)，進(jìn)行必要的預(yù)處理操作，例如常見的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、去噪濾波以及下采樣，上述操作旨在準(zhǔn)備數(shù)據(jù)以便后續(xù)的計(jì)算任務(wù)；

72、3)計(jì)算任務(wù)管理與調(diào)度，其具體子步驟如下：

73、子步驟一：用戶通過瀏覽器界面提交計(jì)算任務(wù)，選擇分析方法和參數(shù)，后端服務(wù)接收任務(wù)請(qǐng)求并進(jìn)行任務(wù)隊(duì)列的管理；

74、子步驟二：后端服務(wù)根據(jù)任務(wù)類型和計(jì)算需求，將任務(wù)分發(fā)給云端計(jì)算資源執(zhí)行。這些資源可能包括虛擬機(jī)實(shí)例、容器或者專門的計(jì)算服務(wù)；

75、子步驟三：瀏覽器界面可以實(shí)時(shí)顯示任務(wù)進(jìn)度和計(jì)算結(jié)果。使用websocket技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，讓用戶能夠即時(shí)獲取任務(wù)狀態(tài)和結(jié)果；

76、4)數(shù)據(jù)分析和可視化，其具體子步驟如下：

77、子步驟一：在云端計(jì)算資源上執(zhí)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分析任務(wù)；

78、子步驟二：將分析結(jié)果返回給瀏覽器端，通過webgl或其他前端3d庫(kù)將處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可視化。

79、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述交互式分析以及可視化處理具體流程如下：

80、1)用戶可通過界面上傳點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件，界面上可以支持拖放上傳或文件選擇的方式；

81、2)后端接收上傳的數(shù)據(jù)，進(jìn)行各類前置步驟中的數(shù)據(jù)預(yù)處理方式；

82、3)用戶可選擇要執(zhí)行的分析任務(wù)，例如特征提取、幾何分析以及點(diǎn)云配準(zhǔn)，界面需提供清晰的選項(xiàng)和參數(shù)設(shè)置；

83、4)后端根據(jù)用戶選擇的任務(wù)類型，分發(fā)任務(wù)到適當(dāng)?shù)挠?jì)算資源中進(jìn)行集中處理；

84、5)使用websocket或輪詢技術(shù)，在界面上實(shí)時(shí)顯示分析過程和進(jìn)度。這可以是進(jìn)度條、日志更新或動(dòng)態(tài)圖表；

85、6)將處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)以3d場(chǎng)景或圖表形式呈現(xiàn)給用戶；使用webgl或類似技術(shù)實(shí)現(xiàn)高性能的3d可視化效果；

86、7)用戶可以選擇導(dǎo)出處理后的數(shù)據(jù)，支持多種格式如ply、obj等；界面需提供選擇導(dǎo)出區(qū)域或特定分析結(jié)果的選項(xiàng)；

87、8)提供用戶生成分享鏈接或邀請(qǐng)其他用戶查看特定數(shù)據(jù)或分析結(jié)果的功能。

88、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種基于瀏覽器的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)在線解算與處理方法，具備以下有益效果：

89、該一種基于瀏覽器的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)在線解算與處理方法，避免了傳統(tǒng)客戶端安裝和升級(jí)程序繁瑣，更換設(shè)備麻煩；

90、同時(shí)該處理方法實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示和交互，可通過視圖變換配合攝像機(jī)控制，實(shí)時(shí)用戶對(duì)場(chǎng)景的旋轉(zhuǎn)、縮放的操作，使得操作可以改變視角，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的點(diǎn)選和選取功能，可通過射線拾取來檢測(cè)用戶點(diǎn)擊的點(diǎn)云信息；

91、該方法可以有效地將大量激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)記載到現(xiàn)代web瀏覽器中，并實(shí)時(shí)完成顯示和交互，為用戶提供有效地點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析和可視化體驗(yàn)，同時(shí)該方法中涉及到的架構(gòu)和流程設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)高效處理和分析大規(guī)模點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并在瀏覽器界面上實(shí)現(xiàn)任務(wù)的管理和調(diào)度，滿足用戶對(duì)多維度數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)交互需求，其支持?jǐn)?shù)據(jù)的導(dǎo)出和共享功能。