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激光雷達(dá)在無(wú)人駕駛應(yīng)用中如何應(yīng)對(duì)雨霧灰塵環(huán)境及經(jīng)典案例分析

2021-03-04 10:57:48·  來(lái)源:智車(chē)科技  作者:fxfreefly@CSDN  
 
本文來(lái)源:fxfreefly@CSDN /?導(dǎo)讀?/ 問(wèn)題描述 激光雷達(dá)在無(wú)人駕駛應(yīng)用中主要用來(lái)探測(cè)道路上的障礙物信息,然而由于激光雷達(dá)的固有特性導(dǎo)致激光雷達(dá)在雨霧、灰塵環(huán)境中不要用,會(huì)將雨霧、灰塵識(shí)別成障礙物。有過(guò)無(wú)人駕駛開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的工程師可能會(huì)體會(huì)比較深。這
本文來(lái)源:fxfreefly@CSDN
/ 導(dǎo)讀 /
 
問(wèn)題描述
 
激光雷達(dá)在無(wú)人駕駛應(yīng)用中主要用來(lái)探測(cè)道路上的障礙物信息,然而由于激光雷達(dá)的固有特性導(dǎo)致激光雷達(dá)在雨霧、灰塵環(huán)境中不要用,會(huì)將雨霧、灰塵識(shí)別成障礙物。有過(guò)無(wú)人駕駛開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的工程師可能會(huì)體會(huì)比較深。這個(gè)問(wèn)題的根本原因是幾個(gè)雷達(dá)的光束打到雨霧、灰塵上會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象,激光雷達(dá)接收到反射的激光,則判斷雨霧、灰塵為障礙物,造成誤識(shí)別。雨霧、灰塵造成的誤識(shí)別已經(jīng)成為激光雷達(dá)應(yīng)用中的難點(diǎn)。
 
可行的解決辦法

目前,為了解決上述問(wèn)題,業(yè)內(nèi)也有很多解決辦法。 比較常用的方法如下

(1) 采用多次回波的雷達(dá)
 
多次回波技術(shù),在很多激光雷達(dá)中都有應(yīng)用。多次回波指的是激光雷達(dá)發(fā)射的光束打到一些物體上會(huì)發(fā)生反射和透射,透射的光再遇到物體還會(huì)發(fā)生反射,這樣激光雷達(dá)發(fā)射一束光就不只接收到一次反射光,而是接收到多次反射光,采用相應(yīng)的算法對(duì)多次發(fā)射光進(jìn)行處理,就是多次回波技術(shù)。最常見(jiàn)的處理方法就是采用最后一次回波,如果在雨霧、灰塵環(huán)境中,激光可以穿透雨霧、灰塵,并最終打到障礙物上,并反射,采用最后一次回波就可以把雨霧、灰塵濾除掉。當(dāng)然多次回波的作用是有限的如果雨霧、灰塵很大,激光完全穿透不了,依然會(huì)造成誤識(shí)別。
 
(2) 采用面激光雷達(dá)
 
對(duì)于線激光雷達(dá)來(lái)說(shuō),發(fā)射光是一個(gè)細(xì)小的光束,很容易受到雨霧、灰塵的影響,如果光束的路徑上正好有雨滴、灰塵顆粒等就會(huì)直接被反射回來(lái),造成誤識(shí)別。而采用面激光,受雨霧、灰塵干擾的概率就會(huì)低很多,這是因?yàn)楣馐兊拇执罅?,雨滴、灰塵顆粒等只是發(fā)射了一小部分激光,如果加入發(fā)射激光強(qiáng)度的判斷,就可以將雨滴、灰塵顆粒等的干擾濾除掉。目前,F(xiàn)LASH結(jié)構(gòu)的激光雷達(dá)采用的就是面激光的形式。
 
(3) 采用感知融合
 
采用感知融合也是解決激光雷達(dá)誤識(shí)別的有效方法。在感知系統(tǒng)中采用多種傳感器,用其他傳感器的識(shí)別結(jié)果來(lái)彌補(bǔ)激光雷達(dá)的缺陷是可行的。例如:采用毫米波雷達(dá)。毫米波雷達(dá)與激光雷達(dá)不同,毫米波穿透雨霧、灰塵的能力很強(qiáng),幾乎不受雨霧、灰塵的影響。對(duì)毫米波雷達(dá)的識(shí)別結(jié)果與機(jī)構(gòu)雷達(dá)的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行融合,也可以有效濾除雨霧、灰塵造成的誤識(shí)別。
 
經(jīng)典案例分析

在這里,我們舉一個(gè)知名企業(yè)的實(shí)例進(jìn)行分析,看看這個(gè)企業(yè)是如何應(yīng)對(duì)雨霧、灰塵的環(huán)境的。這個(gè)企業(yè)的業(yè)務(wù)中,包括礦山、農(nóng)業(yè)無(wú)人駕駛的應(yīng)用。在這兩種環(huán)境中,灰塵是經(jīng)常存在的。所以要保證感知正確無(wú)誤首先要解決灰塵對(duì)激光雷達(dá)的影響,設(shè)計(jì)了一個(gè)如下圖所示的激光雷達(dá)機(jī)構(gòu)。
 
 
這是一個(gè)帶轉(zhuǎn)臺(tái)的單線激光雷達(dá),激光雷達(dá)用的是某知名雷達(dá)廠商生產(chǎn)的單線激光雷達(dá),雷達(dá)的后邊設(shè)計(jì)了一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái),工作時(shí),激光雷達(dá)在轉(zhuǎn)臺(tái)上旋轉(zhuǎn)。
 
首先我們來(lái)看一下這個(gè)激光雷達(dá),查閱這個(gè)雷達(dá)的手冊(cè)發(fā)現(xiàn)這個(gè)雷達(dá)雖然是單線的激光雷達(dá),但是它的性能異常強(qiáng)大。它采用了5次回波技術(shù),如下圖所示。這么多次回波,造成的結(jié)果就是這個(gè)激光雷達(dá)可以穿透很多干擾因素,并最終打到真實(shí)的障礙物上。從而可以最大限度減小雨霧、灰塵等造成的誤識(shí)別。

 
這個(gè)雷達(dá)的輸出頻率也異常高,可以達(dá)到100Hz。也就是說(shuō)一秒鐘可以輸出100幅單線的點(diǎn)云。這一點(diǎn)是這個(gè)方案可以實(shí)現(xiàn)的前提。在雷達(dá)的后方設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái),雷達(dá)在轉(zhuǎn)臺(tái)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。雖然雷達(dá)本身是單線的,但由于雷達(dá)本身又是旋轉(zhuǎn)的,所以可以形成一個(gè)立體空間的點(diǎn)云。如果轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)頻率為1轉(zhuǎn)/秒,則0.5秒可以生成一幅100線的點(diǎn)云。最終生成的點(diǎn)云效果如下所示。
 
這個(gè)方案,可以說(shuō)是吧激光雷達(dá)用到了極致。通過(guò)一個(gè)單線激光雷達(dá),生成了一個(gè)很密集的點(diǎn)云,并且可以很大限度濾除雨霧、灰塵的影響。
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