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基于三维激光雷达的非结构化道路可行驶区域检测

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基于三维激光雷达的非结构化道路可行驶区域检测

作者：周越洋东北石油大学

学位级别：硕士

可行驶区域检测是指智能车辆检测和提取车道上可规划行进路线的区域,是自动驾驶感知领域的重要研究点。非结构化道路由于路况复杂、道路边沿不清晰等因素给可行驶区域检测带来了极大挑战。目前,非结构化道路可行驶区域检测方法主要依靠... 详细信息

可行驶区域检测是指智能车辆检测和提取车道上可规划行进路线的区域,是自动驾驶感知领域的重要研究点。非结构化道路由于路况复杂、道路边沿不清晰等因素给可行驶区域检测带来了极大挑战。目前,非结构化道路可行驶区域检测方法主要依靠相机或三维激光雷达传感器实现。相机易受天气、光照因素影响,在弱光环境下可靠性较差,因此这类方法有较大局限性。基于三维激光雷达的检测方法存在路面起伏不平时难以正确分离地面点云、无法处理边界空间特征不明显的非结构化道路场景等问题,导致这类方法无法达到自动驾驶行车标准。为此,本文提出一种基于三维激光雷达的非结构化道路可行驶区域检测方法,具体工作和创新点如下:(1)针对在地面起伏不平或存在悬垂障碍物的非结构化道路场景下难以正确分离地面点云的问题,提出一种基于自适应扇形栅格图的地面点云提取算法。首先,按三维激光雷达角分辨率自适应生成扇形栅格图,解决了传统栅格图各栅格内点云密度分布不均的问题;然后,以相邻栅格内点云高程特征作为提取依据,将提取过程分为粗提取地面栅格和细提取地面点云两步,从而提高算法鲁棒性。在KITTI公开数据集与自录实际道路数据集上进行对比实验,结果表明所提算法相较于传统基于栅格图的提取算法提取精度平均增加3.43%,每帧处理时间约快3ms,优于现有方法。(2)针对非结构化道路因边界空间特征不明显导致无法正确提取可行驶区域的问题,提出一种基于空间与反射强度融合的非结构化道路可行驶区域检测方法。首先,通过融合反射强度因子改进基于空间特征的柱坐标系检测模型;然后,使用强度与降维空间检测改进环形检测模型并与柱坐标系检测模型联合使用,大幅提升了候选点检测精度;最后,以贝塞尔曲线拟合可行驶区域边界。在KITTI公开数据集与自录实际道路数据集上进行对比实验,结果表明所提方法相较于常用方法在非结构化道路上检测准确率平均提升8.41%,在结构化道路上平均提升2.32%,且具有良好的实时性,优于现有方法。(3)基于提出的两个方法,设计并开发单车非结构化道路可行驶区域检测系统。在智能车上运行测试,结果表明本系统可在平均每秒32帧的前提下完成检测,检测成功率可达95%以上,具有良好的有效性与稳定性。本文方法构建自适应扇形栅格图并将空间与强度特征融合用于检测,为可行驶区域检测提供了一种新的解决思路,具有一定理论价值。同时,开发的检测系统显著提高了对非结构道路可行驶区域检测的准确率,且在结构化道路上也具有良好的检测效果,解决了自动驾驶领域的实际问题,具有较高的应用价值。

关键词：自动驾驶三维激光雷达非结构化道路区域检测扇形栅格图

基于深度学习的三维激光雷达目标检测技术研究

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基于深度学习的三维激光雷达目标检测技术研究

作者：陶泽宇内蒙古工业大学

学位级别：硕士

无人控制平台作为智能化技术发展中的重要技术已被广泛应用于无人驾驶以及移动机器人领域。其执行工作时对外界环境的感知将是其工作稳定性的一个关键因素。现有的环境感知技术大多依赖相机图像感知环境,在强光照、大面积遮挡等情况下... 详细信息

无人控制平台作为智能化技术发展中的重要技术已被广泛应用于无人驾驶以及移动机器人领域。其执行工作时对外界环境的感知将是其工作稳定性的一个关键因素。现有的环境感知技术大多依赖相机图像感知环境,在强光照、大面积遮挡等情况下容易产生感知偏差从而无法准确识别障碍目标。针对上述问题,本文使用三维激光雷达作为环境感知器件感知无人平台周围环境,对3D点云目标检测算法进行了深入研究,在算法优化、目标检测系统设计上取得了一定的成果。主要研究工作如下:1.建立了一种基于密度聚类的点云滤波算法。受DBSCAN聚类算法启发,以目标聚类为核心,增加了聚类初始点的选择方法,优化了密度聚类半径的选择方式,通过实验证明该滤波算法可有效滤除大型场景下复杂点云中存在的离群点和无效点。2.建立了一种自适应坡度点云地面分割算法。以坡度阈值算法为主要思想,利用三维激光雷达每条激光线束的角度以及可行驶坡度的设定,计算出当前区域中无人平台与障碍物之间的距离判断该区域是否为地面,从而将地面点云与非地面点云分割。经实验证明该地面分割算法可有效分割地面点云。3.优化Point Pillar目标检测算法,针对Point Pillar目标检测算法精度不高的问题,本文在其基础上引入了注意力机制,增强网络对特定区域的特征学习;同时借鉴了残差网络机制,将其应用至特征提取环节,并构建特征金字塔结构增强网络模型的特征提取能力;最后为提高检测目标的效率,将其Anchor Base方式的检测模块替换为Anchor Free类型检测模块增加检测速度。通过实验证明,优化后的目标检测算法在检测精度上提升明显,同时保证了检测的实时性。本文主要研究以三维激光雷达为环境感知器件的无人控制平台在户外环境中的目标检测技术,对不同路况以及障碍物进行检测,通过点云滤波、地面分割和目标检测三个环节后,实现了对障碍物的精准识别,并设计了一套目标检测系统,将其部署至无人履带车中,最终通过实物测试验证了该系统的实用性。本文的成果将为无人控制平台应用三维激光雷达检测障碍物奠定技术基础。

关键词：三维激光雷达点云滤波点云地面分割 3D点云目标检测 PointPillar

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基于三维激光雷达的动态障碍实时检测与跟踪

浙江大学学报（工学版） 2012年第9期46卷 1565-1571页

作者：杨飞朱株龚小谨刘济林浙江大学信息科学与电子工程学系浙江杭州310027

为了解决在大数据量的情况下实现高效检测与跟踪的难点,提出一种室外动态未知环境下自主车的多障碍实时检测与跟踪的算法.由于Velodyne 64线三维激光雷达具有数据量大、精度高等特点,采用其与相机结合感知环境.算法结合从图像处理中得... 详细信息

为了解决在大数据量的情况下实现高效检测与跟踪的难点,提出一种室外动态未知环境下自主车的多障碍实时检测与跟踪的算法.由于Velodyne 64线三维激光雷达具有数据量大、精度高等特点,采用其与相机结合感知环境.算法结合从图像处理中得到的道边信息将原始激光雷达数据的感兴趣区域转化为栅格地图,在地图上采用区域标记和模板匹配的方法进行聚类和特征提取,检测得到盒子模型的障碍物,并进行障碍物跟踪.为了避免在多障碍物的情况下出现虚警和漏检,基于多假设跟踪数据关联和卡尔曼滤波来跟踪连续多帧的障碍物.本算法在自主车平台上能够以每帧100ms实现准确、稳定地检测和跟踪.

关键词：三维激光雷达栅格地图障碍物检测多假设跟踪卡尔曼滤波

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基于三维激光雷达的智能车辆目标参数辨识

汽车工程 2016年第9期38卷 1146-1152页

作者：王肖李克强王建强徐友春清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084 军事交通学院军用车辆系天津300161

智能车周围车辆目标参数(位姿、运动速度和几何形状)对智能车路径规划和决策算法而言至关重要。选取三维激光雷达作为传感器,对车辆目标位置、航向角、速度和几何形状进行计算和滤波。针对车辆目标点云受观测点位置和自遮挡等因素的影响... 详细信息

智能车周围车辆目标参数(位姿、运动速度和几何形状)对智能车路径规划和决策算法而言至关重要。选取三维激光雷达作为传感器,对车辆目标位置、航向角、速度和几何形状进行计算和滤波。针对车辆目标点云受观测点位置和自遮挡等因素的影响,提出一种动态参考点模型用于计算目标速度;对于目标航向角,采用先点云分块聚类后主成分拟合的思路来提高航向角精度;提出一种基于几何形状变化速率的滤波算法来解决几何形状不易测量和复杂多变等问题。分别就车辆目标速度、航向角和几何形状进行实验分析,结果证明基于本文方法的参数计算结果能获得较高精度,满足智能车环境感知要求。

关键词：智能车辆三维激光雷达参数辨识动态参考点几何形状变化速率

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基于三维激光雷达的无人车障碍物检测与跟踪

汽车工程 2018年第8期40卷 952-959页

作者：谢德胜徐友春王任栋苏致远军事交通学院研究生管理大队天津300161 军事交通学院军用车辆系天津300161

针对真实交通场景中障碍物的检测与跟踪问题,提出了一种基于三维激光雷达HDL-64E的无人车障碍物检测与跟踪方法。首先对三维激光雷达产生且经路面分割后的点云数据栅格化,并进行栅格增补。在障碍物聚类之后,先利用无人车RTK-GPS数据和IN... 详细信息

针对真实交通场景中障碍物的检测与跟踪问题,提出了一种基于三维激光雷达HDL-64E的无人车障碍物检测与跟踪方法。首先对三维激光雷达产生且经路面分割后的点云数据栅格化,并进行栅格增补。在障碍物聚类之后,先利用无人车RTK-GPS数据和INS航向角数据进行多帧融合的静态障碍物的检测,再进一步利用动态障碍物模板匹配算法对静态障碍物检测结果形成的可行驶区域进行动态障碍物检测。最后,利用标准卡尔曼滤波器实现对动态障碍物的跟踪。本文方法应用在自主研发的无人车上的大量实验结果表明,本文提出的方法具备较高的可靠度,满足无人车的环境感知要求。

关键词：无人车三维激光雷达障碍物检测动态障碍物跟踪

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三维激光雷达测绘技术助力水土保持 008

三维激光雷达测绘技术助力水土保持

中国水利报

作者：余建伟

近年来，三维激光雷达测绘技术发展迅猛，是一种主动光学遥感工具，其优势就在于可以快速扫描，直接获得目标的三维信息和真彩色影像，即点云数据，将真实的世界进行三维建模和虚拟重现，将现实世界“搬进”电脑。激光雷达具有测程远、... 详细信息

近年来，三维激光雷达测绘技术发展迅猛，是一种主动光学遥感工具，其优势就在于可以快速扫描，直接获得目标的三维信息和真彩色影像，即点云数据，将真实的世界进行三维建模和虚拟重现，将现实世界“搬进”电脑。激光雷达具有测程远、精度高、重量轻、多回波、抗有源干扰能力?

关键词：三维激光雷达侵蚀沟测绘技术

来源： cnki报纸评论

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三维激光雷达在地面无人平台中的外参数标定

应用激光 2019年第1期39卷 113-118页

作者：程子阳任国全张银孔国杰陆军工程大学石家庄校区车辆与电气工程系河北石家庄050003 北京特种车辆研究所北京100071

针对车载三维激光雷达在工作前需要对安装外参数进行标定的问题,综合考虑激光雷达的扫描光束不可见、多线式扫描等特点,提出了一种激光雷达外参数的标定方法。首先对普通纸箱进行扫描,以纸箱两个侧面和地面间的相互垂直关系作为约束,采... 详细信息

针对车载三维激光雷达在工作前需要对安装外参数进行标定的问题,综合考虑激光雷达的扫描光束不可见、多线式扫描等特点,提出了一种激光雷达外参数的标定方法。首先对普通纸箱进行扫描,以纸箱两个侧面和地面间的相互垂直关系作为约束,采用随机抽样一致性算法(RANSAC)在获取的点云数据中拟合出三个平面的初始模型,并通过旋转、平移步骤优化平面模型的拟合精度,从最优模型中提取同名向量和同名点;然后基于空间向量的三维坐标系转换模型,对激光雷达的旋转和平移参数进行求解,只需采集一次数据即可完成所有外参数的标定;最后结合仿真和在标定后对室外环境三维重建的结果,验证了算法的有效性。

关键词：三维激光雷达外参数标定 RANSAC算法同名向量三维坐标系转换

距离选通技术在三维成像激光雷达中的应用研究

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红外与激光工程 2012年第1期41卷 85-88页

作者：李东杨华军郑秋贞邓志辉电子科技大学物理电子学院四川成都610054

距离选通技术在三维成像激光雷达中有着重要应用,是一种解决水下微光成像和抑制后向散射问题的简单有效方法之一。文中概述了距离选通技术的原理和应用范围,根据实时成像的需求,提出了一种实时距离选通成像系统的设计方案,该方案只需要... 详细信息

距离选通技术在三维成像激光雷达中有着重要应用,是一种解决水下微光成像和抑制后向散射问题的简单有效方法之一。文中概述了距离选通技术的原理和应用范围,根据实时成像的需求,提出了一种实时距离选通成像系统的设计方案,该方案只需要一次成像就可以完成距离选通成像并求解出目标距离。根据质心法求解距离的原理,详细推导了成像系统的距离像和距离精度,并用仿真软件仿真分析了该系统距离像的距离精度和目标距离、时间切片数量、信噪比之间的关系。仿真结果表明:距离精度受系统信噪比的影响很大,当信噪比大于2 000时,测距精度优于0.2 m。

关键词：距离选通实时成像三维激光雷达测距精度

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快速三维扫描激光雷达的设计及其系统标定

浙江大学学报（工学版） 2006年第12期40卷 2130-2133页

作者：项志宇浙江大学信息科学与工程学院浙江杭州310027

为了增强传统二维激光雷达的环境几何信息采集能力,设计了一个快速三维扫描激光雷达系统.采用了一个单片机控制的步进电机旋转二维激光雷达的扫描平面,得到第三维扫描.研制了高速数据通讯卡,实现激光雷达与数据采集计算机之间的实时传输... 详细信息

为了增强传统二维激光雷达的环境几何信息采集能力,设计了一个快速三维扫描激光雷达系统.采用了一个单片机控制的步进电机旋转二维激光雷达的扫描平面,得到第三维扫描.研制了高速数据通讯卡,实现激光雷达与数据采集计算机之间的实时传输.在整个扫描过程中,各个时刻的二维距离测量数据和相应的俯仰扫描角被同时记录下来,形成一帧完整的三维距离图像.在分析系统误差源基础上,对初始姿态误差和系统偏心误差建立了数学模型,并采用最小二乘法作了系统标定.实验结果表明,该雷达系统精度高,在量程范围内距离误差小于±30mm,扫描速度可达1.2 s/帧数据.

关键词：三维激光雷达系统设计参数标定.