關(guān)于激光雷達(dá)傳感器如何投影成二維圖像

“前視圖”投影

為了將激光雷達(dá)傳感器的“前視圖”展平為2D圖像，必須將3D空間中的點(diǎn)投影到可以展開的圓柱形表面上，以形成平面。

問題在于這樣做會將圖像的接縫直接放在汽車的右側(cè)。將接縫定位在汽車的最后部更有意義，因此前部和側(cè)部更重要的區(qū)域是不間斷的。讓這些重要區(qū)域不間斷將使卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更容易識別那些重要區(qū)域中的整個對象。

以下代碼解決了這個問題。

沿每個軸配置刻度

變量h r e s h_{res}和v r e s v_{res}非常依賴于所使用的LIDAR傳感器。在KTTI數(shù)據(jù)集中，使用的傳感器是Velodyne HDL 64E。根據(jù)Velodyne HDL 64E的規(guī)格表，它具有以下重要特征：

垂直視野為26.9度，分辨率為0.4度，垂直視野被分為傳感器上方+2度，傳感器下方-24.9度

360度的水平視野，分辨率為0.08-0.35（取決于旋轉(zhuǎn)速度）

旋轉(zhuǎn)速率可以選擇在5-20Hz之間

可以按以下方式更新代碼：

然而，這導(dǎo)致大約一半的點(diǎn)在x軸負(fù)方向上，并且大多數(shù)在y軸負(fù)方向上。為了投影到2D圖像，需要將最小值設(shè)置為（0，0），所以需要做一些改變：

繪制二維圖像

將3D點(diǎn)投影到2D坐標(biāo)點(diǎn)，最小值為（0，0），可以將這些點(diǎn)數(shù)據(jù)繪制成2D圖像。

完整代碼

把上面所有的代碼放在一個函數(shù)中。

def lidar_to_2d_front_view（points， v_res， h_res， v_fov， val=“depth”， cmap=“jet”， saveto=None， y_fudge=0.0 ）： “”“ Takes points in 3D space from LIDAR data and projects them to a 2D ”front view“ image， and saves that image.

Args： points： （np array） The numpy array containing the lidar points. The shape should be Nx4 - Where N is the number of points， and - each point is specified by 4 values （x， y， z， reflectance） v_res： （float） vertical resolution of the lidar sensor used. h_res： （float） horizontal resolution of the lidar sensor used. v_fov： （tuple of two floats） （minimum_negative_angle， max_positive_angle） val： （str） What value to use to encode the points that get plotted. One of {”depth“， ”height“， ”reflectance“} cmap： （str） Color map to use to color code the `val` values. NOTE： Must be a value accepted by matplotlib‘s scatter function Examples： ”jet“， ”gray“ saveto： （str or None） If a string is provided， it saves the image as this filename. If None， then it just shows the image. y_fudge： （float） A hacky fudge factor to use if the theoretical calculations of vertical range do not match the actual data.

For a Velodyne HDL 64E， set this value to 5. ”“”

# DUMMY PROOFING assert len（v_fov） ==2， “v_fov must be list/tuple of length 2” assert v_fov［0］ 《= 0， “first element in v_fov must be 0 or negative” assert val in {“depth”， “height”， “reflectance”}， ’val must be one of {“depth”， “height”， “reflectance”}‘

x_lidar = points［：， 0］ y_lidar = points［：， 1］ z_lidar = points［：， 2］ r_lidar = points［：， 3］ # Reflectance # Distance relative to origin when looked from top d_lidar = np.sqrt（x_lidar ** 2 + y_lidar ** 2） # Absolute distance relative to origin # d_lidar = np.sqrt（x_lidar ** 2 + y_lidar ** 2， z_lidar ** 2）

v_fov_total = -v_fov［0］ + v_fov［1］

# Convert to Radians v_res_rad = v_res * （np.pi/180） h_res_rad = h_res * （np.pi/180）

# PROJECT INTO IMAGE COORDINATES x_img = np.arctan2（-y_lidar， x_lidar）/ h_res_rad y_img = np.arctan2（z_lidar， d_lidar）/ v_res_rad

# SHIFT COORDINATES TO MAKE 0，0 THE MINIMUM x_min = -360.0 / h_res / 2 # Theoretical min x value based on sensor specs x_img -= x_min # Shift x_max = 360.0 / h_res # Theoretical max x value after shifting

y_min = v_fov［0］ / v_res # theoretical min y value based on sensor specs y_img -= y_min # Shift y_max = v_fov_total / v_res # Theoretical max x value after shifting

y_max += y_fudge # Fudge factor if the calculations based on # spec sheet do not match the range of # angles collected by in the data.

# WHAT DATA TO USE TO ENCODE THE VALUE FOR EACH PIXEL if val == “reflectance”： pixel_values = r_lidar elif val == “height”： pixel_values = z_lidar else： pixel_values = -d_lidar

# PLOT THE IMAGE cmap = “jet” # Color map to use dpi = 100 # Image resolution fig， ax = plt.subplots（figsize=（x_max/dpi， y_max/dpi）， dpi=dpi） ax.scatter（x_img，y_img， s=1， c=pixel_values， linewidths=0， alpha=1， cmap=cmap） ax.set_axis_bgcolor（（0， 0， 0）） # Set regions with no points to black ax.axis（’scaled‘） # {equal， scaled} ax.xaxis.set_visible（False） # Do not draw axis tick marks ax.yaxis.set_visible（False） # Do not draw axis tick marks plt.xlim（［0， x_max］） # prevent drawing empty space outside of horizontal FOV plt.ylim（［0， y_max］） # prevent drawing empty space outside of vertical FOV

if saveto is not None： fig.savefig（saveto， dpi=dpi， bbox_inches=’tight‘， pad_inches=0.0） else： fig.show（）

以下是一些用例：

import matplotlib.pyplot as pltimport numpy as np

HRES = 0.35 # horizontal resolution （assuming 20Hz setting）VRES = 0.4 # vertical resVFOV = （-24.9， 2.0） # Field of view （-ve， +ve） along vertical axisY_FUDGE = 5 # y fudge factor for velodyne HDL 64E

lidar_to_2d_front_view（lidar， v_res=VRES， h_res=HRES， v_fov=VFOV， val=“depth”， saveto=“/tmp/lidar_depth.png”， y_fudge=Y_FUDGE）

lidar_to_2d_front_view（lidar， v_res=VRES， h_res=HRES， v_fov=VFOV， val=“height”， saveto=“/tmp/lidar_height.png”， y_fudge=Y_FUDGE）

lidar_to_2d_front_view（lidar， v_res=VRES， h_res=HRES， v_fov=VFOV， val=“reflectance”， saveto=“/tmp/lidar_reflectance.png”， y_fudge=Y_FUDGE）

產(chǎn)生以下三個圖像：

Depth

Height

Reflectance

后續(xù)操作步驟

目前創(chuàng)建每個圖像非常慢，可能是因為matplotlib，它不能很好地處理大量的散點(diǎn)。

因此需要創(chuàng)建一個使用numpy或PIL的實現(xiàn)。

測試

需要安裝python-pcl，加載PCD文件。

sudo apt-get install python-pip

sudo apt-get install python-dev

sudo pip install Cython==0.25.2

sudo pip install numpy

sudo apt-get install git

git clone https://github.com/strawlab/python-pcl.git

cd python-pcl/

python setup.py build_ext -i

python setup.py install

可惜，sudo pip install Cython==0.25.2這步報錯：

“Cannot uninstall ‘Cython’。 It is a distutils installed project and thus we cannot accurately determine which files belong to it which would lead to only a partial uninstall.”

換個方法，安裝pypcd：

pip install pypcd

查看 https://pypi.org/project/pypcd/ ，用例如下：

Example-------

。. code：： python

import pypcd# also can read from file handles.pc = pypcd.PointCloud.from_path（’foo.pcd‘）# pc.pc_data has the data as a structured array# pc.fields， pc.count， etc have the metadata

# center the x fieldpc.pc_data［’x‘］ -= pc.pc_data［’x‘］.mean（）

# save as binary compressedpc.save_pcd（’bar.pcd‘， compression=’binary_compressed‘）

測試數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

“ 》》》 lidar = pypcd.PointCloud.from_path（‘～/pointcloud-processing/000000.pcd’）

》》》 lidar.pc_data

array（［（18.323999404907227， 0.04899999871850014， 0.8289999961853027， 0.0），

（18.3439998626709， 0.10599999874830246， 0.8289999961853027， 0.0），

（51.29899978637695， 0.5049999952316284， 1.944000005722046， 0.0），

…，

（3.7139999866485596， -1.3910000324249268， -1.7330000400543213， 0.4099999964237213），

（3.9670000076293945， -1.4739999771118164， -1.8569999933242798， 0.0），

（0.0， 0.0， 0.0， 0.0）］，

dtype=［（‘x’， ‘《f4’）， （‘y’， ‘《f4’）， （‘z’， ‘《f4’）， （‘intensity’， ‘《f4’）］）

》》》 lidar.pc_data［‘x’］

array（［ 18.3239994 ， 18.34399986， 51.29899979， …， 3.71399999，

3.96700001， 0. ］， dtype=float32） ”

加載PCD：

import pypcd

lidar = pypcd.PointCloud.from_path（’000000.pcd‘）

x_lidar：

x_lidar = points［’x‘］

結(jié)果：

Depth

Height

Reflectance

編輯：lyn