無人駕駛汽車環(huán)境感知技術(shù).ppt

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無人駕駛汽車環(huán)境感知技術(shù) 百度無人駕駛汽車 一 環(huán)境感知目的通過性 基于自身行駛性能和共識(shí)規(guī)則 能實(shí)時(shí) 可靠 準(zhǔn)確識(shí)別并規(guī)劃出可保證規(guī)范 安全 迅速到達(dá)目的地的行駛路徑 安全性 在行駛過程中 能夠?qū)崟r(shí) 準(zhǔn)確識(shí)別出行駛路徑周邊對(duì)行駛安全可能存在安全隱患的物體 為自身采取必要操作以避免發(fā)生交通安全事故 經(jīng)濟(jì)性 為提高車輛高效 經(jīng)濟(jì)地行駛提供參考依據(jù) 平順性 為車輛平順行駛提供參考依據(jù) 二 環(huán)境感知對(duì)象行駛路徑 對(duì)于結(jié)構(gòu)化道路而言 包括行車線 道路邊緣 道路隔離物 惡劣路況的識(shí)別 對(duì)于非結(jié)構(gòu)化道路而言 包括車輛欲行駛前方路面環(huán)境狀況的識(shí)別和可行駛路徑的確認(rèn) 周邊物體 包括車輛 行人 地面上可能影響車輛通過性 安全性的其它各種移動(dòng)或靜止物體的識(shí)別 各種交通標(biāo)志的識(shí)別 駕駛狀態(tài) 包括駕駛員駕駛精神狀態(tài) 車輛自身行駛狀態(tài)的識(shí)別 駕駛環(huán)境 包括路面狀況 道路交通擁堵情況 天氣狀況的識(shí)別 三 環(huán)境感知方法1 視覺傳感 基于機(jī)器視覺獲取車輛周邊環(huán)境兩維或三維圖像信息 通過圖像分析識(shí)別技術(shù)對(duì)行駛環(huán)境進(jìn)行感知 優(yōu)點(diǎn) 信息量豐富 實(shí)時(shí)性好 體積小 能耗低 缺點(diǎn) 易受光照環(huán)境影響 三維信息測量精度較低 2 激光傳感 基于激光雷達(dá)獲取車輛周邊環(huán)境兩維或三維距離信息 通過距離分析識(shí)別技術(shù)對(duì)行駛環(huán)境進(jìn)行感知 優(yōu)點(diǎn) 能夠直接獲取物體三維距離信息 測量精度高 對(duì)光照環(huán)境變化不敏感 車載雷達(dá)可以彌補(bǔ)激光發(fā)射器的一些盲點(diǎn) 可以準(zhǔn)確得到汽車運(yùn)行的相對(duì)速度 缺點(diǎn) 無法感知無距離差異的平面內(nèi)目標(biāo)信息 體積較大 價(jià)格昂貴 不便于車載集成 3 微波傳感 基于微波雷達(dá)獲取車輛周邊環(huán)境兩維或三維距離信息 通過距離分析識(shí)別技術(shù)對(duì)行駛環(huán)境進(jìn)行感知 優(yōu)點(diǎn) 能夠以較高精度直接獲取物體三維距離信息 對(duì)光照環(huán)境變化不敏感 實(shí)時(shí)性好 體積較小 缺點(diǎn) 無法感知無距離差異的平面內(nèi)目標(biāo)信息 國外成熟產(chǎn)品對(duì)我國禁運(yùn)而難以獲得 4 通訊傳感 基于無線 網(wǎng)絡(luò)等近 遠(yuǎn)程通訊技術(shù)獲取車輛行駛周邊環(huán)境信息 優(yōu)點(diǎn) 能夠獲取其它傳感手段難以實(shí)現(xiàn)的宏觀行駛環(huán)境信息 可實(shí)現(xiàn)車輛間信息共享 對(duì)環(huán)境干擾不敏感 缺點(diǎn) 可用于車輛自主導(dǎo)航控制的信息不夠直接 實(shí)時(shí)性不高 無法感知周邊車輛外其它物體信息 優(yōu)點(diǎn) 能夠獲取豐富的周邊環(huán)境信息 具有優(yōu)良的環(huán)境適應(yīng)能力 為安全快速自主導(dǎo)航提供可靠保障 缺點(diǎn) 感知系統(tǒng)過于復(fù)雜 難于集成 造價(jià)昂貴 實(shí)用性差 5 融合傳感 運(yùn)用多種不同傳感手段獲取車輛周邊環(huán)境多種不同形式信息 通過多信息融合對(duì)行駛環(huán)境進(jìn)行感知 四 環(huán)境感知的傳感系統(tǒng)主要由機(jī)器視覺識(shí)別系統(tǒng) 雷達(dá)系統(tǒng) 超聲波傳感器和紅外線傳感器所組成 1 機(jī)器視覺識(shí)別系統(tǒng)機(jī)器視覺識(shí)別系統(tǒng)是指智能汽車?yán)肅CD等成像元件從不同角度全方位拍攝車外環(huán)境 根據(jù)搜集到的信息得到反映真實(shí)道路的圖像數(shù)據(jù) 然后綜合運(yùn)用各種道路檢測算法 提取出車道線 道路邊界以及車輛的方位信息 判斷汽車是否有駛出車行道的危險(xiǎn) 當(dāng)情況十分危險(xiǎn)時(shí) 會(huì)通過報(bào)警系統(tǒng)給駕駛員發(fā)出提示和警報(bào) 于此同時(shí)圖像測控系統(tǒng)還可以根據(jù)視覺導(dǎo)航的輸出 對(duì)車輛的執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令 從而自主決定車輛當(dāng)前的前進(jìn)方向和控制車輛自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 機(jī)器視覺具有檢測范圍廣 信息容量大 成本低等優(yōu)點(diǎn) 并且通過對(duì)其所得圖像進(jìn)行處理可以識(shí)別 檢測對(duì)象 所以越來越多的人對(duì)機(jī)器視覺感知車輛行駛環(huán)境產(chǎn)生很大興趣 以致使機(jī)器視覺在智能汽車研究領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用成為最受歡迎的傳感器之一 機(jī)器視覺有其弱點(diǎn)容易受到環(huán)境的影響 在能見度較低時(shí)效果不理想 因此 在傳感器類別中屬于被動(dòng)型 車載單目視覺運(yùn)動(dòng)物體檢測 車載雙目立體視覺環(huán)境感知 擁有兩個(gè)攝像頭 兩者保持著一定的距離 如同人類的雙眼視差 可以幫助汽車確定自己的位置以及行進(jìn)速度 攝像頭有激光發(fā)射器不可替代的作用 可以辨識(shí)道路上的信號(hào)燈與信號(hào)標(biāo)示 保證自身運(yùn)行遵循交通規(guī)則 2 雷達(dá)系統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)利用電磁波探測目標(biāo)的距離 速度 方位等 雷達(dá)系統(tǒng)不要復(fù)雜的設(shè)計(jì)與繁復(fù)的計(jì)算 雷達(dá)系統(tǒng)的使用不受光線 天氣等因素的干擾 無論是白天還是黑夜 晴天或者下雨 雷達(dá)系統(tǒng)都能正確的運(yùn)轉(zhuǎn) 由于雷達(dá)系統(tǒng)是靠電磁波反射原理工作的 這會(huì)導(dǎo)致相近的不同雷達(dá)電磁波之間的相互干擾而影響工作效能 但是由于雷達(dá)在準(zhǔn)確提供遠(yuǎn)距離的車輛和障礙物信息方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢 因此有其廣闊的前景 汽車?yán)走_(dá)被廣泛的應(yīng)用在汽車ACC系統(tǒng) 防碰撞系統(tǒng)以及駕駛支援系統(tǒng)中 激光雷達(dá) 激光雷達(dá)由發(fā)射系統(tǒng) 接收系統(tǒng) 信息處理三部分組成 激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去 光接收機(jī)再把從目標(biāo)反射回來的光脈沖還原成電脈沖 最后經(jīng)過一系列算法來得出目標(biāo)位置 距離和角度 運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 速度 振動(dòng)和姿態(tài) 和形狀 可以探測 識(shí)別 分辨和跟蹤目標(biāo) 1 解析度高 測距精度高 小于2公分 角度分辨率約0 09度 如此高的解析度可完整繪出物體輪廓 外加垂直偵測角度中 平均每0 4度即有一個(gè)掃描層 全周資料更新率15赫茲 Hz 車輛周圍環(huán)境將無所遁形2 抗有源干擾能力強(qiáng) 激光雷達(dá)的脈沖光束發(fā)射器之口徑非常小 即接收器可接收脈沖光束的區(qū)域亦非常狹窄 因此 受到其他紅外線雷達(dá)光束干擾的機(jī)會(huì)就非常小 此外 脈沖光束實(shí)質(zhì)上屬紅外線波 不會(huì)受電磁波影響 因此 在一般應(yīng)用環(huán)境中能干擾激光掃描儀的信號(hào)源不多 適用于高度自動(dòng)化的系統(tǒng) 3 探測性能好 對(duì)于激光掃描儀 僅有被脈沖光束照射的目標(biāo)才會(huì)產(chǎn)生反射 且紅外線波并不像電磁波會(huì)受回波干擾等問題 對(duì)于環(huán)境的幾何形狀 障礙物材質(zhì)等 均不影響激光掃描儀的偵測結(jié)果 4 不受光線影響 激光掃描儀可全天候進(jìn)行偵測任務(wù) 且其偵測效果不因白天或黑夜而有所影響 這也是目前無人駕駛車中許多采用的攝像頭感測器所達(dá)不到的功能 5 測速范圍大 激光掃描儀可成功掃描出障礙物的相對(duì)速度高達(dá)每小時(shí)200公里之輪廓 也就是說 對(duì)于車系統(tǒng) 激光掃描儀并不局限在市區(qū)或低速應(yīng)用情境 高速移動(dòng)下的情境亦可被應(yīng)用 此對(duì)車輛增加移動(dòng)速度后之安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)有顯著的幫助 系統(tǒng)應(yīng)用上更具有彈性 注 毫米雷達(dá)和微波雷達(dá)的原理都和激光雷達(dá)類似 這里不再過多介紹 車載線掃描激光雷達(dá)檢測前方障礙物 車載三維激光雷達(dá)環(huán)境感知 3 超聲波傳感器超聲波傳感器是利用超聲波為檢測方法的傳感器 一般檢測距離大約1m到5m 但檢測不出來詳細(xì)的位置信息 使用超聲波探測得來的的數(shù)據(jù)處理簡單 快速 主要用于近距離障礙物的檢測 比如在倒車防撞系統(tǒng)中 4 紅外線傳感器紅外線傳感器是利用紅外線來進(jìn)行測量工作的傳感器 技術(shù)更加先進(jìn) 紅外線傳感器不受黑暗 風(fēng) 沙 雨 雪 霧的阻擋 環(huán)境適應(yīng)性好 且功耗低 紅外線傳感器可以增強(qiáng)機(jī)器視覺識(shí)別的可靠性 使黑夜如同白晝 因此常被用于智能汽車中的夜視系統(tǒng)中 5 信息交換系統(tǒng)基于無線 網(wǎng)絡(luò)等近 遠(yuǎn)程通訊技術(shù)讓車輛之間信息交換 從而獲取車輛行駛周邊環(huán)境信息 6 多傳感器信息融合為了克服傳感器的數(shù)據(jù)可靠性低 有效探測范圍小等局限性 保證在任何時(shí)刻都能為車輛運(yùn)行提供完全可靠的環(huán)境信息 在智能車輛的研究中使用多個(gè)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 利用傳感器信息融合技術(shù)對(duì)檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 綜合 平衡 根據(jù)各個(gè)傳感器互補(bǔ)特性進(jìn)行容錯(cuò)處理 擴(kuò)大系統(tǒng)的時(shí)頻覆蓋范圍 增加信息維數(shù) 避免單個(gè)傳感器的工作盲區(qū) 從而得到所需要的環(huán)境信息 五 結(jié)語針對(duì)不同的傳感器 采用的感知算法會(huì)有所區(qū)別 跟傳感器感知環(huán)境的機(jī)理是有關(guān)系的 每一種傳感器感知環(huán)境的能力和受環(huán)境的影響也各不相同 比如攝像頭在物體識(shí)別方面有優(yōu)勢 但是距離信息比較欠缺 基于它的識(shí)別算法受天氣 光線影響也非常明顯 激光掃描儀及毫米波雷達(dá) 能精確測得物體的距離 但是在識(shí)別物體方面遠(yuǎn)弱于攝像頭 同一種傳感器因其規(guī)格參數(shù)不一樣 也會(huì)呈現(xiàn)不同的特性 長距離毫米波雷達(dá)探測距離長達(dá)200米 角度范圍較小 10度 而中距離雷達(dá)探測距離為60米 角度范圍較大 45度 為了發(fā)揮各自傳感器的優(yōu)勢 彌補(bǔ)它們的不足 傳感器信息融合是未來的趨勢 事實(shí)上 已經(jīng)有零部件供應(yīng)商做過此事 比如德爾福開發(fā)的攝像頭與毫米波雷達(dá)組合感知模塊已應(yīng)用到量產(chǎn)車上 傳感器探測環(huán)境信息 只是將探測的物理量進(jìn)行了有序排列與存儲(chǔ) 此時(shí)計(jì)算機(jī)并不知道這些數(shù)據(jù)映射到真實(shí)環(huán)境中是什么物理含義 因此需要通過適當(dāng)?shù)乃惴◤奶綔y得到的數(shù)據(jù)中挖掘出我們關(guān)注的數(shù)據(jù)并賦予物理含義 從而達(dá)到感知環(huán)境的目的 比如我們?cè)隈{駛車輛時(shí)眼睛看前方 可以從環(huán)境中分辨出我們當(dāng)前行駛的車道線 若要讓機(jī)器獲取車道線信息 需要攝像頭獲取環(huán)境影像 影像本身并不具備映射到真實(shí)環(huán)境中的物理含義 此時(shí)需要通過算法從該影像中找到能映射到真實(shí)車道線的影像部分 賦予其車道線含義 當(dāng)然算法在計(jì)算機(jī)中響應(yīng)速度要足夠快 這樣才有時(shí)效意義 Thanks