相机与单线雷达协同的负障碍物分割方法研究_董振飞.pdf
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1、内燃机与配件 相机与单线雷达协同的负障碍物分割方法研究董振飞,陈克(沈阳理工大学 汽车与交通学院,辽宁 沈阳 )摘要:针对越野车在野外行驶时路面以下的坑洼检测,提出了一种单线激光雷达激光点与相机图像融合的负障碍物分割方法。首先使用激光点对负障碍物所在区域进行定位,之后在激光点定位区域的局部图像上进行负障碍物区域分割,最后将分割结果标示在原图像上的方法。该方法可以以每秒 帧的处理速度准确分割出路面下的负障碍物,激光雷达定位在过滤掉无关的图像信息的同时还减少了分割算法的运算时间。关键词:越野车;多传感器协同;激光雷达;负障碍物检测中图分类号:文献标识码:文章编号:(),(,):,:;作者简介:董振
2、飞(),男,山东省菏泽市,汉,硕士研究生,研究方向:智能汽车。引言越野车在开阔野外行驶环境中经常会出现坑洼等在行驶平面以下的负障碍物,目前针对此类负障碍物感知的研究较少,为了保证越野车在野外环境中对坑洼进行精确感知,采用单线雷达与图像融合的方式在图像中对负障碍物所在区域进行分割,标示出负障碍物在行驶区域中的位 置,为 越 野 车 辅 助 驾 驶 的 避 障 模 块 提 供 参 考信息。雷达负障碍物定位 单线激光雷达介绍激光雷达是一种主动光学仪器,由发射端、接收端、信号处理单元和旋转机构组成。根据发射线束的不同可分为单线激光雷达和多线激光雷达,单线激光雷达数据简图 激光雷达单、处理速度快,多线激
3、光雷达获取 的 信 息 丰 富、处理速度慢。为了达到高响应的目 标,本 文 采 用单线激光雷达来进行负障碍物定位,选 用 单 线 雷达型号为 ,如图 所示,参数如表所示。表 激光雷达参数表项目参数单位测距频率 测距半径 角度分辨率 度扫描频率 扫描角度 度外观尺寸 发射端配有激光发射机构,在工作过程中,它会以脉冲的方式点亮向外散发激光点。激光发射器发射的激光照射到障碍物后被障碍物反射,反射后的光线经由镜头组汇聚到接收端上。信号处理单元负责控制激光发射器的发射,以及接收器收到的信号的处理。根据这些信息计算出目标物体的距离信息。发射端、接收端和信号处理单元个组件构成了激光雷达的核心部件。旋转机构负
4、责将以上个核心部件以稳定的转速旋转起来,从而实现对所在平面的扫描,并产生实时的平面图信息。激光雷达测距原理单线激光雷达采用三角测距法进行测距。激光三角测距法主要是通过一束激光以一定的入射角度照射被测目标,激光在目标表面发生反射和散射,在另一角度利用透镜对反射激光汇聚成像,光斑成像在 位置传感器上。当被测物体沿激光方向发生移动时,位置传感器上的光斑将产生移动,其位移大小对应被测物体的移动距离,因此可通过算法设计,由光斑位移距离计算出被测物体与基线的距离值。由于入射光和反射光构成一个三角形,对光斑位移的计算运用了几何三角定理,故该测量法DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2
5、023.13.033 年第 期被称为激光三角测距法。激光雷达数据包说明单线激光雷达获取到的数据包中需要重点关注的是最小扫描角度、最大扫描角度、每个扫描点之间的间隔角度、最小扫描距离和最大扫描距离。激光点扫描到的障碍物距越野车的距离信息保存在数据包的 数组中,从到以 的间隔进行扫描共计 个数据点,以内和 以外的距离定义为 。激光雷达坐标系设置为了更好的感知地面以下的坑洼等负障碍物,单线激光雷达以 的角度安装在越野车头部,为了将单线激光雷达获取到的扫描点映射到图像中需要进行坐标转换。单线激光雷达的坐标空间与相机成像面的坐标空间关系如图所示:图单线激光雷达坐标系与图像坐标系关系图 负障碍物定位要想使
6、用单线激光雷达数据对负障碍物区域进行定位,首先要将扫描平面的数据点通过式()投影到水平面上:()()由于单线激光雷达扫描方向与图像的方向相反,因此在数据包 数组读取时采用倒序的读取方式,在原始扫描点投影到水平面后得到的 数组直接展示出来如图所示:图激光点障碍物反馈数据水平面投影从图中可以看出主要有段突变区域,但并不能从中直观的看出单线激光雷达扫描的效果,这是因为单线激光雷达扫描点的保存格式是极坐标的形式(,),如图所示。要想将扫描结果转换到图像坐标系中需要将极坐标转化为笛卡尔坐标,如式()、():()()()(),式中:第个激光点的距离;第个激光点的扫描角度。图单线激光雷达坐标系经极坐标转换笛
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