激光雷達(dá)算法概論及介紹

激光雷達(dá)算法概論

道路中主要環(huán)境對象可分為可通行區(qū)域、道路邊界以及可通行區(qū)域上的路上靜態(tài)、動態(tài)障礙物，道路邊界確定了可通行以及不可通行區(qū)域，障礙物確定了可通行區(qū)域的避讓區(qū)域。

對于激光雷達(dá)來說，認(rèn)知過程一般是先找出道路邊界，再在可行駛區(qū)域內(nèi)區(qū)分路面點(diǎn)和障礙物點(diǎn)，之后區(qū)分靜態(tài)和動態(tài)障礙物，并確定具體障礙物。激光雷達(dá)在自動駕駛系統(tǒng)中主要算法有車道線識別，可行駛區(qū)域分析，車輛識別與跟蹤，行人識別與跟蹤等。

在具體處理對象方面，就行駛路徑而言，激光雷達(dá)可以用于車道線、道路邊緣、道路隔離物的識別，就周邊物體而言，激光雷達(dá)可識別車輛、行人以及其他影響車輛行駛的靜態(tài)與動態(tài)障礙物。對于交通標(biāo)志的識別，如紅綠燈、限速牌等目前主要還是由攝像頭完成。

在具體算法方面，對于物體的識別會先進(jìn)行障礙物聚類，然后在訓(xùn)練集里通過特定的分類器完成識別。

具體激光雷達(dá)算法介紹

車道線檢測

車道線的特征核心依據(jù)之一標(biāo)線和周圍路面所用材料不同。目前的主要算法分為兩類，其一是關(guān)注車道線和泊車位線材料的反射強(qiáng)度，其二是利用激光雷達(dá)的特殊性，先檢測出路沿，再結(jié)合導(dǎo)讀寬度信息確定車道線的位置。

車道線和泊車位線的材料一般是選擇熱熔劃線工藝。熱熔型標(biāo)線是主要選取的材料。對于該種涂料，由于需要經(jīng)受惡劣的環(huán)境，其附著能力較強(qiáng)，且耐磨性要超過一般涂料。就反射強(qiáng)度值一般在12-30之間。

由于車道線材料和路面材料反射強(qiáng)度的不同，因此以此為特征可以輕松區(qū)分開車位線和道路路面。實(shí)際在進(jìn)行道路檢測時，得到的數(shù)據(jù)時圓環(huán)形狀的點(diǎn)云，當(dāng)檢測到圓環(huán)出現(xiàn)斷裂，即表明反射強(qiáng)度發(fā)生了突變，通過標(biāo)注這些點(diǎn)出現(xiàn)的位置，就可以鎖定車道線和泊車位線的位置。

路沿檢測

激光雷達(dá)的一個功能特點(diǎn)是可以進(jìn)行路沿檢測，它主要關(guān)注的是高度特征，常見的路沿有路牙、交通隔離欄、植物帶等，另外在實(shí)際的自動駕駛環(huán)境中還有充電樁、交通標(biāo)志牌、垃圾桶等中等高度對象。除此之外，道路中還有交通路燈、樹木等較高的對象。整體上高度可被劃分為三個層次。通過柵格圖并結(jié)合特征算子可以檢測出較低層次的對象。

一般使用的高度特征是最大最小值高度差特征，即設(shè)無人平臺能夠通過的障礙物高度下限為Zmin，平臺可通過的最低懸垂高度為Zmax，低于Zmin的可認(rèn)為是道路平面，而高于Zmax的障礙物不對無人平臺的自主通過造成干擾，如無人平臺可正常穿過橋洞、林間路等。但是隨著距離增大，點(diǎn)云的稀疏程度增大，單一柵格中難以形成有效高度差，特別是對于低矮障礙物有漏檢的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)槠溟撝翟O(shè)定的問題，其還可能對高程信息進(jìn)行誤判，錯誤地把樹枝等作為障礙物處理。

車輛、行人檢測

對激光雷達(dá)來說，車輛、行人都可以當(dāng)做障礙物處理，障礙物可分為路內(nèi)和路外障礙物。操作的基本思想是先對點(diǎn)云進(jìn)行聚類，然后通過研究有效的幾何模型進(jìn)行目標(biāo)檢測。

車輛屬于剛體模型，外觀特征穩(wěn)定，不隨時間發(fā)生形變。剔除地面點(diǎn)云的柵格地圖中，車輛在雷達(dá)二維俯視圖中的形態(tài)主要呈現(xiàn)為正反“L”型，部分情況下呈現(xiàn)出“一”型或“U”型。利用這一局部特征，通過聚類分析和跟蹤器對動態(tài)車輛進(jìn)行速度預(yù)測，可有效檢測動態(tài)車輛。行人由于其服裝，體型的差別，點(diǎn)云特征更難被獲取，目前主要采用基于機(jī)器學(xué)習(xí)的分類法進(jìn)行處理。

對車輛和行人識別的本質(zhì)在于聚類，聚類的基礎(chǔ)在于被測對象點(diǎn)云數(shù)據(jù)的完整性。若對象反射率過低或某個物體局部反射率過低，則可能存在無法識別有效對象的問題。若被測對象互相之間遮蓋嚴(yán)重，也會使對象點(diǎn)云數(shù)據(jù)的完整性受到影響，可能存在將單個物體分割為幾個聚類的現(xiàn)象。另外聚類關(guān)注的是點(diǎn)云之間的距離和形態(tài)，當(dāng)有與車輛行人相似的其他對象以及與它們距離較近時，也容易發(fā)生聚類的誤判。