擁擠交通中基于雙目視覺和激光雷達(dá)聯(lián)合校驗(yàn)的防撞方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能車輛技術(shù)領(lǐng)域，涉及汽車安全行駛，具體涉及擁擠交通中基于雙 目視覺和激光雷達(dá)的聯(lián)合校驗(yàn)防撞方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，交通安全問題越發(fā)突出。而車輛碰撞為交通事故的主要表 現(xiàn)形式。
[0003] 智能交通系統(tǒng)通過改進(jìn)"人-車-環(huán)境"耦合系統(tǒng)的智能化水平，可以有效提高在 途行駛車輛的安全性。作為智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，智能車輛防撞技術(shù)是其實(shí)現(xiàn)智 能化的關(guān)鍵。
[0004] 基于機(jī)器視覺和激光雷達(dá)的避障方法是智能車輛常用的避障技術(shù)，其技術(shù)要點(diǎn)在 于首先通過機(jī)器視覺方法獲得周圍環(huán)境中的障礙信息，然后使用激光雷達(dá)技術(shù)獲取所探測(cè) 障礙物的景深信息，綜合得到障礙物的實(shí)時(shí)信息。該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)于車輛在 未知環(huán)境中行駛時(shí)的障礙識(shí)別具有重要的意義。
[0005] 然而，當(dāng)交通系統(tǒng)比較擁擠時(shí)，由于車輛間距離較近，攝像機(jī)無法獲取環(huán)境中相鄰 車輛的整體輪廓信息，系統(tǒng)會(huì)表現(xiàn)出魯棒性不高，"虛警"、"漏檢"現(xiàn)象嚴(yán)重等問題，并可能 導(dǎo)致交通事故。因此，在擁擠環(huán)境中，如何準(zhǔn)確地檢測(cè)出前方車輛的相對(duì)位置和類型，并指 導(dǎo)車輛防撞是一個(gè)亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，特別創(chuàng)新地提出了一種擁擠交 通中基于雙目視覺和激光雷達(dá)聯(lián)合校驗(yàn)的防撞方法，解決現(xiàn)有技術(shù)在擁擠交通環(huán)境下魯棒 性不高的問題。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種擁擠交通中基于雙目視覺和激光 雷達(dá)的車輛防撞方法，具體包括以下步驟：
[0008]S1，對(duì)雙目視覺系統(tǒng)和激光雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)聯(lián)合標(biāo)定，得到攝像機(jī)坐標(biāo)系、雷達(dá) 坐標(biāo)系與車輛坐標(biāo)系三者之間的對(duì)應(yīng)與轉(zhuǎn)換關(guān)系；
[0009]S2,利用左側(cè)攝像機(jī)和右側(cè)攝像機(jī)采集車輛前方環(huán)境信息，同時(shí)使用激光雷達(dá)對(duì) 前方區(qū)域進(jìn)行多線掃描，得到兩種不同類型傳感器的異類異步數(shù)據(jù)，并對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn) 行預(yù)處理；
[0010] S3,對(duì)步驟S2所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷當(dāng)前車輛前方障礙物的存在性，如果 沒有障礙物則返回步驟S2,否則執(zhí)行步驟S4 ;
[0011]S4,采用聯(lián)合魯棒校驗(yàn)方法計(jì)算，得到當(dāng)前障礙物相對(duì)于本車的距離信息；
[0012]S5,根據(jù)步驟S4所確定的障礙物距離信息，進(jìn)行預(yù)警，提醒駕駛員前方障礙信息。
[0013] 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0014] 1、本發(fā)明采用雙層障礙物檢測(cè)方法，包括：首先使用耗時(shí)較短的"障礙物存在性聯(lián) 合快速校驗(yàn)方法"判斷車輛前方是否存在障礙物。當(dāng)確定障礙物存在后，調(diào)用"障礙物參數(shù) 聯(lián)合魯棒校驗(yàn)方法"確定障礙物的具體參數(shù)。本發(fā)明可以極大的提高障礙物識(shí)別效率和魯 棒性，系統(tǒng)檢測(cè)單次循環(huán)不超過38ms，檢測(cè)成功率達(dá)到93%以上。
[0015] 2、本發(fā)明采用雙目視覺系統(tǒng)和激光雷達(dá)作為環(huán)境感知設(shè)備，同時(shí)對(duì)車輛前方行駛 環(huán)境進(jìn)行探測(cè)。通過對(duì)左、右攝像機(jī)所捕獲圖像的拼接處理，解決了擁擠交通環(huán)境中，攝像 機(jī)所獲得障礙物輪廓不完整的問題。同時(shí)，采用距離信息融合的方法，將雙目視覺三維環(huán)境 重構(gòu)，獲得的障礙物的距離信息和激光雷達(dá)獲得的障礙物距離信息相融合，獲得更為準(zhǔn)確 可靠的障礙物參數(shù)信息。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明的雙目視覺系統(tǒng)和激光雷達(dá)系統(tǒng)硬件框圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明的擁擠交通中基于雙目視覺和激光雷達(dá)的車輛防撞方法的流程圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的航位推算坐標(biāo)變換示意圖；
[0019] 圖4為本發(fā)明的擁擠交通中基于雙目視覺和激光雷達(dá)的車輛防撞方法的邏輯框 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0021] 在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語"安裝"、"相連"、 "連接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可 以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù) 具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。
[0022] 本發(fā)明擁擠交通中基于雙目視覺和激光雷達(dá)的車輛防撞方法利用的系統(tǒng)如圖1 所示，防撞系統(tǒng)包括雙目視覺系統(tǒng)、激光雷達(dá)采集系統(tǒng)、電源和電子控制計(jì)算單元。其中，雙 目視覺系統(tǒng)包括左攝像頭、左攝像頭數(shù)據(jù)采集卡、右攝像頭和右攝像頭數(shù)據(jù)采集卡，攝像頭 數(shù)據(jù)采集卡將圖像信號(hào)采集后通過以太網(wǎng)傳輸?shù)诫娮涌刂朴?jì)算單元中；激光雷達(dá)系統(tǒng)用來 對(duì)車輛前方障礙物進(jìn)行掃描，并將數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸?shù)诫娮涌刂朴?jì)算單元中；電子控制 計(jì)算單元用來處理雙目視覺系統(tǒng)和激光雷達(dá)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；電源系統(tǒng)為雙目視覺系統(tǒng)、激光 雷達(dá)采集系統(tǒng)和電子控制計(jì)算單元提供電能。
[0023] 本發(fā)明還提供了一種擁擠交通中基于雙目視覺和激光雷達(dá)的車輛防撞方法，如圖 2和圖4所示，其包括以下步驟：
[0024] S1，采用聯(lián)合標(biāo)定方法對(duì)雙目視覺系統(tǒng)和激光雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)聯(lián)合標(biāo)定，得到 攝像機(jī)坐標(biāo)系、雷達(dá)坐標(biāo)系與車輛坐標(biāo)系三者之間的對(duì)應(yīng)與轉(zhuǎn)換關(guān)系。
[0025] 在本實(shí)施方式中，采用聯(lián)合標(biāo)定方法建立攝像機(jī)坐標(biāo)系、雷達(dá)坐標(biāo)系與車輛坐標(biāo) 系三者之間的對(duì)應(yīng)與轉(zhuǎn)換關(guān)系，具體方法為：
[0026]S11，對(duì)左攝像機(jī)、右攝像機(jī)分別進(jìn)行標(biāo)定，獲得攝像機(jī)的標(biāo)定參數(shù)，所述標(biāo)定參數(shù) 包括：左攝像機(jī)內(nèi)參矩陣仏，右攝像機(jī)內(nèi)參矩陣MK，左攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)矩陣&，右攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)矩 陣Rr，左攝像機(jī)平移向量k和右攝像機(jī)平移向量tR。
[0027]S12,對(duì)激光雷達(dá)進(jìn)行標(biāo)定，獲得激光雷達(dá)標(biāo)定參數(shù)，包括換算矩陣和平移矩陣 tn。
[0028] 在本實(shí)施方式中，具體參數(shù)的定義和標(biāo)定取值方法可按照現(xiàn)有技術(shù)中的定義和取 值方法。
[0029]S13,給定車輛坐標(biāo)系中的一點(diǎn)S，該點(diǎn)在左攝像機(jī)坐標(biāo)系、右攝像機(jī)坐標(biāo)系和激光 雷達(dá)坐標(biāo)系中的非齊次坐標(biāo)分別為X&XfXa，該點(diǎn)在車輛坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為Xw，得到：Xi -RA+tL，XcR -RRXw+tR，XML -Rj^Xw+tj^o
[0030] S14,將步驟S13 中XcL、XM#X成中Xw消去，得到XcL=RJV1 (XcK-tK) +tL，XcK= RRRa1 〇W_ta) +tK，由此求出左攝像機(jī)、右攝像機(jī)和激光雷達(dá)之間的變換關(guān)系，分別為：
[0031]從激光雷達(dá)到左攝像機(jī)坐標(biāo)系的變換關(guān)系為：RMIj=RJVS1^=tdRMIj
[0032]從激光雷達(dá)到右攝像機(jī)坐標(biāo)系的變換關(guān)系為：Rmr=RrRMIjS1^=tr_RrRMIj
[0033]S2,利用左側(cè)攝像機(jī)和右側(cè)攝像機(jī)采集車輛前方環(huán)境信息，同時(shí)使用激光雷達(dá)對(duì) 前方區(qū)域進(jìn)行多線掃描，得到兩種不同類型傳感器的異類異步數(shù)據(jù)，并對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn) 行預(yù)處理。
[0034] 在本實(shí)施方式中，對(duì)得到的異類異步數(shù)據(jù)預(yù)處理方法具體包括以下步驟：
[0035] S21，采用數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域的快速OPTICS聚類算法對(duì)激光雷達(dá)得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行 聚類篩選，獲得點(diǎn)云聚類，對(duì)算法生成的有序?qū)ο罅斜磉M(jìn)行分析，去除其中不屬于聚類群的 孤立點(diǎn)和奇異點(diǎn)。具體快速OPTICS聚類算法可參照現(xiàn)有的方法。
[0036]S22,對(duì)左攝像機(jī)、右攝像機(jī)獲得的當(dāng)前圖像進(jìn)行色彩空間轉(zhuǎn)換處理，由三通道RGB 彩色空間轉(zhuǎn)換到單通道灰度空間，并進(jìn)行直方圖均衡化處理。
[0037] 直方圖處理的公式如下：
[0038]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種擁擠交通中基于雙目視覺和激光雷達(dá)的車輛防撞方法，其特征在于，具體包括 以下步驟： S1，對(duì)雙目視覺系統(tǒng)和激光雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)聯(lián)合標(biāo)定，得到攝像機(jī)坐標(biāo)系、雷達(dá)坐標(biāo) 系與車輛坐標(biāo)系三者之間的對(duì)應(yīng)與轉(zhuǎn)換關(guān)系； 52, 利用左側(cè)攝像機(jī)和右側(cè)攝像機(jī)采集車輛前方環(huán)境信息，同時(shí)使用激光雷達(dá)對(duì)前方 區(qū)域進(jìn)行多線掃描，得到兩種不同