淺析無人駕駛汽車環(huán)境感知技術(shù)

丁毅

摘要：無人駕駛汽車外界環(huán)境感知技術(shù)的研究主要是運(yùn)動(dòng)控制、路徑規(guī)劃以及導(dǎo)航定位技術(shù)。本文旨在探討無人駕駛汽車環(huán)境感知所需的各類傳感器的同時(shí)，并對(duì)環(huán)境感知的關(guān)鍵技術(shù)展開了綜合分析。

關(guān)鍵詞：環(huán)境感知；無人汽車；信息

中圖分類號(hào)：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）01-0218-02

無人駕駛汽車行駛中，利用傳感器檢測(cè)汽車是否存在車道偏離，還能夠識(shí)別路上障礙物及紅路燈，將各種信息及時(shí)傳輸給駕駛系統(tǒng)，令駕駛系統(tǒng)及時(shí)做出反應(yīng)，提出駕駛安全性。可以說，在無人駕駛技術(shù)中，環(huán)境感知至關(guān)重要，如何提高環(huán)境感知技術(shù)的可靠性和實(shí)效性，是當(dāng)前無人駕駛技術(shù)的研究重點(diǎn)。

1 環(huán)境感知傳感器

無人駕駛汽車行駛過程中，需要及時(shí)獲取周圍環(huán)境信息并加以處理。就目前研究的技術(shù)方案而言，對(duì)周圍環(huán)境感知能力最強(qiáng)應(yīng)該屬激光雷達(dá)傳感，其次是相機(jī)獲取圖像，再次是毫米波雷達(dá)、慣性導(dǎo)航和GPS定位，最后是紅外線傳感器超聲波傳感器[1]。

1.1 激光雷達(dá)

激光雷達(dá)通過遠(yuǎn)距測(cè)距技術(shù)，實(shí)現(xiàn)距離的測(cè)量，普遍包括單線和多線激光雷達(dá)，其中，多線雷達(dá)能夠俯仰角度的提升，擴(kuò)大掃描面。無人駕駛汽車中，通常選擇二者結(jié)合的方式完成汽車安全通過道路指導(dǎo)和障礙物探測(cè)[2]。

（1）單線激光雷達(dá)。單線激光雷達(dá)能夠發(fā)出一束激光對(duì)區(qū)域進(jìn)行掃描，并根據(jù)掃描儀和區(qū)域各點(diǎn)的相對(duì)位置，測(cè)量二者之間的相對(duì)角度和距離。單線激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)傳遞方式較多，一般為網(wǎng)絡(luò)接口傳輸。（2）多線激光雷達(dá)。多線激光雷達(dá)能夠發(fā)出兩束或兩束以上的激光對(duì)區(qū)域進(jìn)行掃描，垂直探測(cè)范圍為26.8°，水平探測(cè)范圍為360°。由于激光雷達(dá)抗干擾性能強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好以及精度高等特點(diǎn)，在跟蹤、動(dòng)態(tài)障礙分類、道邊檢測(cè)和障礙檢測(cè)等方面得到廣泛運(yùn)用。

1.2 相機(jī)

相機(jī)可以獲取彩色景象信息，是除了激光雷達(dá)外獲取環(huán)境信息的次要來源。相機(jī)型號(hào)種類多樣，一般可分為全景相機(jī)、單目相機(jī)和雙目相機(jī)3種。

1.3 毫米波雷達(dá)傳感器

該傳感器工作效率處于30-300GHz頻域，具有質(zhì)量輕、體積小、抗干擾能力強(qiáng)、角分辨率好等特點(diǎn)。盡管探測(cè)范圍沒有激光雷達(dá)更大，但是穿透力和指向性均有較大的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合測(cè)量原理，可將其分為調(diào)頻連續(xù)波方式和脈沖方式兩種。

1.4 超聲波傳感器

超聲波傳感器的探測(cè)距離較短，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，普遍用于近距離的障礙物檢測(cè)，由于超聲波在空氣中將會(huì)大大衰減，距離信息不精準(zhǔn)，所以普遍用于精度要求不高的區(qū)域，例如倒車?yán)走_(dá)等。

2 無人駕駛汽車環(huán)境感知關(guān)鍵技術(shù)

2.1 傳感器標(biāo)定

剛性連接車體和激光雷達(dá)，并保持位移和姿態(tài)固定，為便于數(shù)據(jù)李處，需要將激光雷達(dá)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為車體坐標(biāo)系。首先，標(biāo)定激光雷達(dá)外部安裝參數(shù)，然后，利用雷達(dá)極坐標(biāo)數(shù)據(jù)完成雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，最后，將所有的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一轉(zhuǎn)換[3]。

2.2 結(jié)構(gòu)化道路檢測(cè)

（1）直道檢測(cè)。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)下，結(jié)構(gòu)化道路建設(shè)和設(shè)計(jì)較為規(guī)范，有道路和非道路的車道線。距相機(jī)不遠(yuǎn)車道線，其變化不大，所以假設(shè)曲率變化很小，可以將直線用于車線道的擬合。（2）彎道檢測(cè)。判斷彎道方向，需要確定曲率半徑才能夠提供有效信息，目前公路主要分為回旋線、圓曲線以及直線，為此，應(yīng)用過俯視圖予以擬合。具體步驟：首先，構(gòu)建彎道模型，假設(shè)彎道形狀，其次，提取像素點(diǎn)，將車道線像素點(diǎn)作為依據(jù)，最后，完成車道模型你和，確定彎道數(shù)據(jù)模型參數(shù)。（3）復(fù)雜環(huán)境預(yù)處理。由于環(huán)境光線不均勻，容易致使相機(jī)提取圖像存在純黑和純白區(qū)域，識(shí)別算法缺乏可行性，為此，應(yīng)選擇圖像預(yù)處理，主要方法有：直方圖調(diào)節(jié)、灰度映射調(diào)節(jié)以及Gamma調(diào)節(jié)等。

2.3 非結(jié)構(gòu)化道路檢測(cè)

非結(jié)構(gòu)化道路還包括野外土路和鄉(xiāng)村公路等，應(yīng)結(jié)合先驗(yàn)知識(shí)庫模型和環(huán)境檢測(cè)信息，有針對(duì)性的處理數(shù)據(jù)和圖像，并根據(jù)環(huán)境差異修正模型，不斷更新模型效果，具體方法如圖1所示。

2.4 形式環(huán)境中目標(biāo)檢測(cè)

（1）行人檢測(cè)。通過HOG特征實(shí)現(xiàn)行人檢測(cè)，設(shè)計(jì)區(qū)域梯度直方圖，構(gòu)建人體特征。步驟如下：首先通過雷達(dá)數(shù)據(jù)得到檢測(cè)區(qū)域，然后根據(jù)圖像數(shù)據(jù)選擇行人檢測(cè)算法，最后通過算法對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行行人檢測(cè)。（2）車輛檢測(cè)。激光雷達(dá)和視覺信息的有機(jī)整合，將有助于規(guī)避光照等負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)傳感器信息不糊，并對(duì)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)予以模板匹配和形狀匹配，明確檢測(cè)區(qū)域及算法，并進(jìn)行車輛檢測(cè)。（3）交通信號(hào)燈檢測(cè)。通過彩色視覺交通信號(hào)燈識(shí)別方法，能夠?qū)D像交通信號(hào)燈予以檢測(cè)，為避免存在跟蹤丟失和誤檢問題，可選用彩色直方圖目標(biāo)跟蹤算法——CAMSHIFT，有效規(guī)避目標(biāo)遮擋和變形現(xiàn)象，具有較高的運(yùn)算效率。

3 結(jié)語

綜上所述，無人駕駛汽車對(duì)環(huán)境的感知要求較高，在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)不斷優(yōu)化各類目標(biāo)識(shí)別能力，整合數(shù)據(jù)分析和結(jié)算方法，提高環(huán)境感知技術(shù)的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]馬飛躍，王曉年.無人駕駛汽車環(huán)境感知與導(dǎo)航定位技術(shù)應(yīng)用綜述[J].汽車電器，2015，（2）：1-5.

[3]段建民，鄭凱華，周俊靜.多層激光雷達(dá)在無人駕駛車中的環(huán)境感知[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，（12）：1891-1898.

[2]彭金帥.淺析無人駕駛汽車的關(guān)鍵技術(shù)及其未來商業(yè)化應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，（25）：46.