自動駕駛特征點(diǎn)處理算法

1. Ramer-Douglas-Peucker

Ramer-Douglas-Peucker，又稱拉默-道格拉斯-普克算法

道格拉斯算法是一種直線簡化算法，可以在保持曲線形狀的同時減少曲線中的點(diǎn)數(shù)。

它的工作原理是遞歸地將曲線劃分為更小的線段，并用一條線近似每個線段。然后，該算法檢查原始曲線和近似直線之間的距離。

如果距離大于指定的公差，則算法會細(xì)分線段并重復(fù)該過程。如果距離小于公差，則算法會刪除中間點(diǎn)，然后移動到下一個線段。

關(guān)于道格拉斯算法的具體實(shí)現(xiàn)過程，不在此贅述。來一版可以直接使用的C++代碼，里面使用了遞歸。

// Define a function to calculate the distance between two points
float distance(cv::Point2f p1, cv::Point2f p2) {
    return std::sqrt(std::pow(p2.x - p1.x, 2) + std::pow(p2.y - p1.y, 2));
}


// Define a function to find the point with the maximum distance from a line segment
cv::Point2f find_furthest_point(std::vector< cv::Point2f > points, cv::Point2f p1, cv::Point2f p2) {
    float max_distance = 0;
    cv::Point2f furthest_point;
    for (auto point : points) {
        float current_distance = std::fabs((point.y - p1.y) * (p2.x - p1.x) - (point.x - p1.x) * (p2.y - p1.y)) / distance(p1, p2);


        if (current_distance > max_distance) {
            max_distance = current_distance;
            furthest_point = point;
        }
    }
    return furthest_point;
}


// Define the Douglas-Peucker algorithm function
void douglas_peucker(std::vector< cv::Point2f > points, float epsilon, std::vector< cv::Point2f >& simplified_points) {
    // Find the point with the maximum distance from the line segment
    float max_distance = 0;
    int furthest_index;


    cv::Point2f p1 = points[0];
    cv::Point2f p2 = points.back();
    for (int i = 1; i < points.size(); i++) {
        float current_distance = std::fabs((points[i].y - p1.y) * (p2.x - p1.x) - (points[i].x - p1.x) * (p2.y - p1.y)) / distance(p1, p2);


        if (current_distance > max_distance) {
            max_distance = current_distance;
            furthest_index = i;
        }
    }


    // If the maximum distance is greater than epsilon, recursively simplify the two sub-lines
    if (max_distance > epsilon) {
        std::vector< cv::Point2f > left_points(points.begin(), points.begin() + furthest_index + 1);
        std::vector< cv::Point2f > right_points(points.begin() + furthest_index, points.end());
        std::vector< cv::Point2f > left_simplified_points;
        std::vector< cv::Point2f > right_simplified_points;


        douglas_peucker(left_points, epsilon, left_simplified_points);
        // Recursively simplify the right sub-line
        douglas_peucker(right_points, epsilon, right_simplified_points);
        // Combine the simplified sub-lines
        simplified_points.insert(simplified_points.end(), left_simplified_points.begin(), left_simplified_points.end());
        simplified_points.insert(simplified_points.end(), right_simplified_points.begin() + 1, right_simplified_points.end());
    }
    // If the maximum distance is less than or equal to epsilon, add the endpoints to the simplified points
    else {
        simplified_points.push_back(points.front());
        simplified_points.push_back(points.back());
    }
}

2. 道格拉斯算法的特點(diǎn)

道格拉斯算法，存在它的優(yōu)勢與劣勢

優(yōu)勢：

該算法的實(shí)現(xiàn)和理解相對簡單。

它可以用于簡化任何類型的曲線，而不僅僅是直線或多段線。

通過調(diào)整公差參數(shù)，可以使用它來保留曲線的重要特征，例如拐角或拐點(diǎn)。

缺點(diǎn)：

對于大型數(shù)據(jù)集或復(fù)雜曲線，該算法耗時久。

所得到的簡化曲線可能在視覺上不令人滿意或不平滑，尤其是在公差參數(shù)設(shè)置過高的情況下。

該算法不適用于具有不同密度或曲率的曲線，因?yàn)樗僭O(shè)點(diǎn)的均勻分布。

因此在實(shí)際使用中，針對實(shí)際出現(xiàn)的問題，我們需要對該算法進(jìn)行對應(yīng)的優(yōu)化。我在工程中已經(jīng)出現(xiàn)了不平滑的問題，關(guān)于優(yōu)化以后再說。