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自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)——LiDAR數(shù)據(jù)的處理

2019-06-09 17:51:49·  來(lái)源：模擬世界  
　
360的激光數(shù)據(jù)可視化后可以得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)。激光雷達(dá)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。下面我們就以N線激光雷達(dá)為例來(lái)講解點(diǎn)云的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在實(shí)際的無(wú)人駕駛系統(tǒng)中，每一幀
360°的激光數(shù)據(jù)可視化后可以得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)。激光雷達(dá)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。下面我們就以N線激光雷達(dá)為例來(lái)講解點(diǎn)云的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
在實(shí)際的無(wú)人駕駛系統(tǒng)中，每一幀的數(shù)據(jù)都會(huì)有時(shí)間戳，根據(jù)時(shí)間戳進(jìn)行后續(xù)和時(shí)間有關(guān)的計(jì)算（如距離信息的微分等）。因此N線激光雷達(dá)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下圖。
每一線點(diǎn)云的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)又是由點(diǎn)云的數(shù)量和每一個(gè)點(diǎn)云的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成。由于激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)采集頻率和單線的點(diǎn)云數(shù)量都是可以設(shè)置的，因此1線點(diǎn)云數(shù)據(jù)中需要包含點(diǎn)云數(shù)量這個(gè)信息。
最底層的是單個(gè)點(diǎn)云的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。點(diǎn)的表達(dá)既可以使用theta/r的極坐標(biāo)表示，也可以使用x/y/z的3維坐標(biāo)表示。每個(gè)點(diǎn)云除了坐標(biāo)外，還有一個(gè)很重要的元素，那就是激光的反射強(qiáng)度。激光在不同材料上的反射強(qiáng)度是不一樣的。以3維坐標(biāo)的表示方法為例，單個(gè)點(diǎn)云的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下圖。X/Y/Z方向的偏移量是以激光雷達(dá)的安裝位置作為原點(diǎn)。
激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的一般處理方式是：數(shù)據(jù)預(yù)處理（坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，去噪聲等），聚類（根據(jù)點(diǎn)云距離或反射強(qiáng)度），提取聚類后的特征，根據(jù)特征進(jìn)行分類等后處理工作。我們就以百度Apollo 2.0目前已開(kāi)放的功能為例，看看激光雷達(dá)能完成哪些工作。
1.  障礙物檢測(cè)與分割
利用高精度地圖限定感興趣區(qū)域（ROI，Region ofInterest）后，基于全卷積深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)點(diǎn)云特征并預(yù)測(cè)障礙物的相關(guān)屬性，得到前景障礙物檢測(cè)與分割。
2.  可通行空間檢測(cè)
利用高精度地圖限定ROI后，可以對(duì)ROI內(nèi)部（比如可行駛道路和交叉口）的點(diǎn)云的高度及連續(xù)性信息進(jìn)行判斷點(diǎn)云處是否可通行。
3.    高精度電子地圖制圖與定位
利用多線激光雷達(dá)的點(diǎn)云信息與地圖采集車載組合慣導(dǎo)的信息，進(jìn)行高精地圖制作。自動(dòng)駕駛汽車?yán)眉す恻c(diǎn)云信息與高精度地圖匹配，以此實(shí)現(xiàn)高精度定位。
4.  障礙物軌跡預(yù)測(cè)
根據(jù)激光雷達(dá)的感知數(shù)據(jù)與障礙物所在車道的拓?fù)潢P(guān)系（道路連接關(guān)系）進(jìn)行障礙物的軌跡預(yù)測(cè)，以此作為無(wú)人車規(guī)劃（避障、換道、超車等）的判斷依據(jù)。
當(dāng)前人工智能的算法還不夠成熟，純視覺(jué)傳感器的無(wú)人駕駛方案在安全性上還存在較多問(wèn)題，因此現(xiàn)階段的無(wú)人車的開(kāi)發(fā)還離不開(kāi)激光雷達(dá)。不過(guò)成本是激光雷達(dá)普及所遇到的最大問(wèn)題。畢竟一款比車還貴的傳感器是車企無(wú)法接受的。隨著技術(shù)的發(fā)展，利用固態(tài)掃描技術(shù)的固態(tài)激光雷達(dá)逐漸成為車用激光雷達(dá)的主流技術(shù)。
Quanergy公司的Solid StateLiDAR S3在CES 2017上獲得了汽車智能類（VehicleIntelligence Category）的最高獎(jiǎng)項(xiàng)——最佳創(chuàng)新獎(jiǎng)（Best ofInnovation Award），則再一次讓Quanergy利用固態(tài)掃描技術(shù)賺足了眼球。而作為車用激光雷達(dá)的老大Velodyne也當(dāng)仁不讓，在CES展之前就發(fā)布消息，稱其與EPC（Efficient PowerConversion Corporation）共同研發(fā)有望將固態(tài)激光雷達(dá)成本降至50美金的核心芯片。當(dāng)然，展會(huì)上還有Innoviz和TriLumina也宣稱要推出固態(tài)激光雷達(dá)。
 
 
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