專利名稱：使用3-d激光測(cè)距儀的目標(biāo)和車(chē)輛檢測(cè)及跟蹤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及目標(biāo)檢測(cè)方法和系統(tǒng)，且更具體地涉及使用三維激光測(cè)距儀來(lái)檢測(cè)和跟蹤車(chē)輛附近的靜止和移動(dòng)目標(biāo)兩者的目標(biāo)檢測(cè)方法和系統(tǒng)，從而給下游車(chē)輛控制應(yīng)用提供輸入源。
背景技術(shù)：
許多現(xiàn)代車(chē)輛包括用于安全和導(dǎo)航輔助的各種復(fù)雜電子系統(tǒng)。在一些車(chē)輛中，這些系統(tǒng)包括目標(biāo)檢測(cè)和適應(yīng)性巡航控制系統(tǒng)，其可以警告駕駛員車(chē)輛附近的障礙物，或甚至控制車(chē)輛制動(dòng)器或轉(zhuǎn)向裝置以保持距另一個(gè)車(chē)輛或目標(biāo)的安全距離。然而，本領(lǐng)域已知且在市場(chǎng)上可用的目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)在它們可以多好地檢測(cè)和跟蹤目標(biāo)以及目標(biāo)數(shù)據(jù)可以多可靠地用于車(chē)輛控制目的方面具有限制。當(dāng)今車(chē)輛中可用的大多數(shù)目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)使用基于雷達(dá)或照相機(jī)的視覺(jué)技術(shù)。這些系統(tǒng)通常具有在實(shí)際駕駛情況中通常發(fā)現(xiàn)的雜亂環(huán)境中的目標(biāo)之間進(jìn)行區(qū)分的問(wèn)題。它們可能能夠檢測(cè)目標(biāo)的二維形狀，但是不能確定目標(biāo)高度，從而不能確定目標(biāo)實(shí)際上是否為地面或道路表面特征?；蛘咚鼈兛赡苣軌驒z測(cè)目標(biāo)的存在，但是不能基于相對(duì)速度或三維特性在緊密隔開(kāi)的目標(biāo)之間進(jìn)行區(qū)分。最后，由于缺乏反射或缺乏目標(biāo)的顏色差異，現(xiàn)有基于雷達(dá)或照相機(jī)的目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)可能完全不能檢測(cè)一些目標(biāo)。需要一種可靠和穩(wěn)固的目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，其可以將目標(biāo)彼此或者與地平面進(jìn)行區(qū)分，其可以可靠地跟蹤所檢測(cè)目標(biāo)相對(duì)于地面以及相對(duì)于主車(chē)輛的位置和速度兩者，其可以在實(shí)際世界駕駛的雜亂環(huán)境中執(zhí)行這些任務(wù)。這種系統(tǒng)可以允許在開(kāi)發(fā)先進(jìn)車(chē)輛系統(tǒng) (例如，半自主駕駛系統(tǒng))中的顯著突破。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開(kāi)了一種使用三維激光測(cè)距儀來(lái)檢測(cè)和跟蹤車(chē)輛附近的目標(biāo)的方法和系統(tǒng)。所述方法從激光測(cè)距儀接收點(diǎn)云，其中，所述點(diǎn)表示測(cè)距儀感測(cè)一些目標(biāo)存在的空間位置。算法首先基于先前地平面位置、來(lái)自于底盤(pán)動(dòng)態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)、以及應(yīng)用于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征矢量計(jì)算來(lái)估計(jì)地平面位置。也可以構(gòu)造不平坦的分段地表面。接下來(lái)， 基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合地表面計(jì)算靜止目標(biāo)的平面圖占位映射和標(biāo)高映射。最后，檢測(cè)和跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)，感測(cè)相對(duì)于地面移動(dòng)的目標(biāo)，例如其它車(chē)輛、行人和動(dòng)物。方法的輸出是靜止和動(dòng)態(tài)目標(biāo)集合，包括其大小和形狀、距離以及相對(duì)于地面和主車(chē)輛的速度。該輸出數(shù)據(jù)可以由下游應(yīng)用使用，例如碰撞避免或半自主駕駛系統(tǒng)。方案1. 一種用于檢測(cè)和跟蹤車(chē)輛附近的目標(biāo)的方法，所述方法包括
從激光測(cè)距儀提供多個(gè)掃描點(diǎn)，所述掃描點(diǎn)表示車(chē)輛周?chē)臻g中的激光測(cè)距儀已經(jīng)檢測(cè)到目標(biāo)的位置；
使用掃描點(diǎn)和車(chē)輛動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)建立地平面的位置； 使用掃描點(diǎn)和地平面的位置來(lái)構(gòu)造目標(biāo)占位映射和目標(biāo)標(biāo)高映射；以及使用掃描點(diǎn)和目標(biāo)占位映射來(lái)生成動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)，其中，所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)識(shí)別和跟蹤移動(dòng)的目標(biāo)。方案2.根據(jù)方案1所述的方法，其中，使用掃描點(diǎn)和車(chē)輛動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)建立地平面的位置包括
使用車(chē)輛俯仰角和傾側(cè)角數(shù)據(jù)來(lái)從先前地平面位置計(jì)算預(yù)測(cè)地平面位置； 在掃描點(diǎn)上執(zhí)行選通操作，其中，選通操作使用預(yù)測(cè)地平面位置來(lái)識(shí)別要在地平面計(jì)算中包括的點(diǎn)集合；
生成矩陣，所述矩陣包含要在地平面計(jì)算中包括的點(diǎn)集合；
在矩陣上執(zhí)行特征值分解，以識(shí)別最小特征值以及與最小特征值相關(guān)的特征矢量；以
及
使用與最小特征值相關(guān)的特征矢量來(lái)確定地平面的方程。方案3.根據(jù)方案2所述的方法，還包括使用卡爾曼濾波器提供更新地平面位置。方案4.根據(jù)方案1所述的方法，其中，使用掃描點(diǎn)和地平面的位置來(lái)構(gòu)造目標(biāo)占位映射和目標(biāo)標(biāo)高映射包括
將每個(gè)掃描點(diǎn)投影到地平面以確定每個(gè)掃描點(diǎn)的地平面相交點(diǎn)和法向矢量； 使用所有掃描點(diǎn)的法向矢量來(lái)構(gòu)建目標(biāo)標(biāo)高映射，其中，所述目標(biāo)標(biāo)高映射示出了在車(chē)輛周?chē)臻g中檢測(cè)的所有目標(biāo)的高度信息；以及
使用所有掃描點(diǎn)的地平面相交點(diǎn)來(lái)構(gòu)建目標(biāo)占位映射，其中，所述目標(biāo)占位映射示出了在車(chē)輛周?chē)臻g中檢測(cè)的所有目標(biāo)的位置信息。方案5.根據(jù)方案1所述的方法，其中，使用掃描點(diǎn)和目標(biāo)占位映射來(lái)生成動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)包括
從掃描點(diǎn)去除地面點(diǎn)以生成目標(biāo)點(diǎn)集合； 使用最近計(jì)算的目標(biāo)占位映射； 構(gòu)造相似性曲線以確定哪些目標(biāo)點(diǎn)一起移動(dòng)； 將一起移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)組聚類成動(dòng)態(tài)目標(biāo)；
將動(dòng)態(tài)目標(biāo)分類成目標(biāo)類型，其中，目標(biāo)類型包括車(chē)輛、行人、自行車(chē)和動(dòng)物； 計(jì)算動(dòng)態(tài)目標(biāo)的質(zhì)心；以及跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)以生成動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)。方案6.根據(jù)方案5所述的方法，其中，將一起移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)組聚類成動(dòng)態(tài)目標(biāo)使用深度優(yōu)先搜索策略。方案7.根據(jù)方案5所述的方法，其中，跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)使用卡爾曼濾波器。方案8.根據(jù)方案5所述的方法，其中，動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)包括每個(gè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)相對(duì)于地面的縱向和橫向位置以及縱向和橫向速度。方案9.根據(jù)方案1所述的方法，還包括在車(chē)輛應(yīng)用中使用目標(biāo)占位映射和動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)。方案10. —種用于檢測(cè)和跟蹤車(chē)輛附近的目標(biāo)的方法，所述方法包括
從激光測(cè)距儀提供多個(gè)掃描點(diǎn)，所述掃描點(diǎn)表示車(chē)輛周?chē)臻g中的激光測(cè)距儀已經(jīng)檢測(cè)到目標(biāo)的位置；
使用掃描點(diǎn)和車(chē)輛動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)建立地表面的定義；使用掃描點(diǎn)和地表面的定義來(lái)構(gòu)造目標(biāo)占位映射和目標(biāo)標(biāo)高映射； 使用掃描點(diǎn)和目標(biāo)占位映射來(lái)生成動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)，其中，所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)識(shí)別和跟蹤移動(dòng)的目標(biāo)；以及
在車(chē)輛應(yīng)用中使用目標(biāo)占位映射和動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)。方案11.根據(jù)方案10所述的方法，其中，使用掃描點(diǎn)和車(chē)輛動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)建立地表面的定義包括使用維諾圖方法來(lái)構(gòu)造不平坦地表面分段。方案12.根據(jù)方案10所述的方法，其中，使用掃描點(diǎn)和地表面的定義來(lái)構(gòu)造目標(biāo)占位映射和目標(biāo)標(biāo)高映射包括
將每個(gè)掃描點(diǎn)投影到地表面以確定每個(gè)掃描點(diǎn)的地表面相交點(diǎn)和法向矢量； 使用所有掃描點(diǎn)的法向矢量來(lái)構(gòu)建目標(biāo)標(biāo)高映射，其中，所述目標(biāo)標(biāo)高映射示出了在車(chē)輛周?chē)臻g中檢測(cè)的所有目標(biāo)的高度信息；以及
使用所有掃描點(diǎn)的地表面相交點(diǎn)來(lái)構(gòu)建目標(biāo)占位映射，其中，所述目標(biāo)占位映射示出了在車(chē)輛周?chē)臻g中檢測(cè)的所有目標(biāo)的位置信息。方案13.根據(jù)方案10所述的方法，其中，使用掃描點(diǎn)和目標(biāo)占位映射來(lái)生成動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)包括
從掃描點(diǎn)去除地面點(diǎn)以生成目標(biāo)點(diǎn)集合； 使用最近計(jì)算的目標(biāo)占位映射； 構(gòu)造相似性曲線以確定哪些目標(biāo)點(diǎn)一起移動(dòng)； 將一起移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)組聚類成動(dòng)態(tài)目標(biāo)；
將動(dòng)態(tài)目標(biāo)分類成目標(biāo)類型，其中，目標(biāo)類型包括車(chē)輛、行人、自行車(chē)和動(dòng)物； 計(jì)算動(dòng)態(tài)目標(biāo)的質(zhì)心；以及跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)以生成動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)。方案14.根據(jù)方案13所述的方法，其中，將一起移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)組聚類成動(dòng)態(tài)目標(biāo)包括構(gòu)造相似性曲線、使用深度優(yōu)先搜索策略以及使用具有散列表的網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。方案15. —種用于檢測(cè)和跟蹤車(chē)輛附近的目標(biāo)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括
車(chē)輛中的激光測(cè)距儀，用于提供多個(gè)掃描點(diǎn)，所述掃描點(diǎn)表示車(chē)輛周?chē)臻g中的激光測(cè)距儀已經(jīng)檢測(cè)到目標(biāo)的位置；
第一處理器，所述第一處理器配置成使用掃描點(diǎn)來(lái)計(jì)算地表面且生成目標(biāo)占位映射； 第二處理器，所述第二處理器配置成使用目標(biāo)占位映射和掃描點(diǎn)來(lái)識(shí)別和跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)；以及
共享存儲(chǔ)器模塊，用于在第一處理器和第二處理器之間共享數(shù)據(jù)。方案16.根據(jù)方案15所述的系統(tǒng)，其中，第一處理器包括地表面跟蹤模塊，所述地表面跟蹤模塊包括選通算法，用于識(shí)別要在地平面計(jì)算矩陣中包括的點(diǎn)集合；以及特征值分解算法，用于從地平面計(jì)算矩陣計(jì)算地平面的方程。方案17.根據(jù)方案16所述的系統(tǒng)，其中，第一處理器中的地表面跟蹤模塊還包括地表面分段算法，其使用維諾圖方法來(lái)構(gòu)造不平坦地表面分段。方案18.根據(jù)方案15所述的系統(tǒng)，其中，第一處理器包括目標(biāo)占位模塊，所述目標(biāo)占位模塊包括地表面投影算法，用于將所有掃描點(diǎn)正交地投影到地表面；標(biāo)高映射構(gòu)造算法，用于構(gòu)造標(biāo)高映射，標(biāo)高映射示出了在車(chē)輛周?chē)臻g中檢測(cè)的所有目標(biāo)的高度信息；以及占位映射構(gòu)造算法，用于構(gòu)造占位映射，占位映射示出了在車(chē)輛周?chē)臻g中檢測(cè)的所有目標(biāo)的位置信息。方案19.根據(jù)方案15所述的系統(tǒng)，其中，第二處理器包括目標(biāo)聚類模塊，用于將一起移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)聚類成動(dòng)態(tài)目標(biāo)；目標(biāo)分類模塊，用于將動(dòng)態(tài)目標(biāo)分類成目標(biāo)類型；以及目標(biāo)跟蹤模塊，用于提供關(guān)于每個(gè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的位置和速度信息。方案20.根據(jù)方案15所述的系統(tǒng)，還包括車(chē)輛中的第二激光測(cè)距儀。本發(fā)明的附加特征從以下說(shuō)明和所附權(quán)利要求結(jié)合附圖顯而易見(jiàn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可以用于目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤的硬件系統(tǒng)的框圖； 圖2是使用圖1的硬件系統(tǒng)的元件來(lái)檢測(cè)和跟蹤目標(biāo)的軟件系統(tǒng)的框圖3是由圖2的軟件系統(tǒng)的地平面跟蹤模塊使用的過(guò)程的流程圖4是用于計(jì)算分段地表面的投影到地平面(可能不是平坦的)的點(diǎn)集合的維諾圖5是示出了掃描點(diǎn)如何以網(wǎng)格設(shè)置以改進(jìn)分段地表面計(jì)算的效率的簡(jiǎn)圖6是由圖2的軟件系統(tǒng)的靜止占位映射模塊使用的過(guò)程的流程圖7是由圖2的軟件系統(tǒng)的靜止占位映射模塊產(chǎn)生的二元占位映射的示例；
圖8是由圖2的軟件系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤模塊使用的過(guò)程的流程圖；和
圖9是示出了在圖2的軟件系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤模塊中掃描點(diǎn)如何聚類成目標(biāo)的簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式涉及使用三維激光測(cè)距儀的目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤的方法和系統(tǒng)的本發(fā)明實(shí)施例的以下闡述本質(zhì)上僅僅是示例性的且絕不旨在限制本發(fā)明或其應(yīng)用或使用。車(chē)輛碰撞避免和半自主駕駛系統(tǒng)需要關(guān)于其周?chē)h(huán)境中的目標(biāo)的非常精確的信息以便有效。使用基于雷達(dá)或照相機(jī)的視覺(jué)技術(shù)的常規(guī)目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)可能具有辨別雜亂環(huán)境中的目標(biāo)的問(wèn)題，這在實(shí)際世界駕駛情況下是典型的。例如，基于雷達(dá)的系統(tǒng)可能不會(huì)可靠地檢測(cè)非金屬目標(biāo)，例如分立路邊、石頭和植物?；谡障鄼C(jī)的視覺(jué)系統(tǒng)可能難以在類似顏色或亮度的目標(biāo)之間進(jìn)行辨別，且不能直接地測(cè)量距目標(biāo)的測(cè)距或范圍。在本發(fā)明中，三維(3-D)激光測(cè)距儀用于獲取點(diǎn)云，表示主車(chē)輛附近的目標(biāo)，特定算法用于計(jì)算車(chē)輛周?chē)臻g中的地平面以及靜止和動(dòng)態(tài)目標(biāo)的映射。圖1是可以用于根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤的硬件系統(tǒng)10的框圖。車(chē)輛12包含能夠三維地快速掃描車(chē)輛12周?chē)h(huán)境的3-D激光測(cè)距儀14。如果適當(dāng)，可以使用多于一個(gè)的激光測(cè)距儀14，以更完全和快速地掃描整個(gè)360度視界。激光測(cè)距儀14使用有時(shí)稱為光檢測(cè)和測(cè)距(LIDAR)的技術(shù)，且提供表示激光碰到的目標(biāo)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。所述點(diǎn)可以由激光測(cè)距儀14按照方位和仰角加上測(cè)距來(lái)表示，其可以容易地轉(zhuǎn)換為相對(duì)于附連到車(chē)輛12的本地坐標(biāo)框架的(X，y, ζ)點(diǎn)數(shù)據(jù)。激光測(cè)距儀14將點(diǎn)云數(shù)據(jù)提供給可現(xiàn)場(chǎng)編程的門(mén)陣列(FPGA) 16，其是設(shè)計(jì)成由顧客配置(在該情況下是車(chē)輛制造商，在制造之后)的集成電路。FPGA 16從測(cè)距儀14接收點(diǎn)云數(shù)據(jù)且執(zhí)行涉及地平面和目標(biāo)檢測(cè)的一系列計(jì)算。FPGA 16的能夠可以由任何合適處理器處理，包括通用電子控制單元或者專用集成電路(ASIC)。專用集成電路是針對(duì)特定用途定制的集成電路，而不旨在用于通用用途。由于 ASIC的高開(kāi)發(fā)成本以及全功能電子控制單元的高成本，在硬件系統(tǒng)10的優(yōu)選實(shí)施例中設(shè)想 FPGA 16。FPGA 16將其輸出發(fā)送到另一個(gè)處理器，在該情況下是數(shù)字信號(hào)處理器(DAP) 18。 DSP 18基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)和先前計(jì)算的目標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行下述的附加計(jì)算，從而得到車(chē)輛12附近的地平面、靜止目標(biāo)和動(dòng)態(tài)目標(biāo)的完整表示。FPGA 16和DSP 18兩者均接入共享存儲(chǔ)器模塊20。圖2是使用硬件系統(tǒng)10的元件檢測(cè)和跟蹤目標(biāo)的軟件系統(tǒng)30的框圖?？倛D像處理模塊32管理整個(gè)軟件系統(tǒng)30的功能。地平面跟蹤模塊34使用點(diǎn)云數(shù)據(jù)和其它信息以估計(jì)地表面的當(dāng)前位置，如下文詳細(xì)所述。接下來(lái)，靜止占位映射模塊36使用點(diǎn)云數(shù)據(jù)和先前計(jì)算的地表面作為輸入來(lái)計(jì)算所有檢測(cè)目標(biāo)的位置和高度。下文還將提供靜止占位映射模塊36中的計(jì)算細(xì)節(jié)。最后，動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤模塊38使用下文詳細(xì)描述的方法來(lái)計(jì)算移動(dòng)目標(biāo)的形狀、位置和速度。圖3是由軟件系統(tǒng)30的地平面跟蹤模塊34使用的過(guò)程的流程圖40。過(guò)程在框42 開(kāi)始，由總圖像處理模塊32指導(dǎo)，例如在車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)。過(guò)程在決策菱形塊44等待來(lái)自于先前地平面估計(jì)的新數(shù)據(jù)變得可用。在框46，來(lái)自于先前計(jì)算步驟的估計(jì)地平面用作新地平面計(jì)算的基礎(chǔ)或起始點(diǎn)。在車(chē)輛12啟動(dòng)之后過(guò)程的第一關(guān)，在沒(méi)有緊接先前地平面數(shù)據(jù)可用時(shí)，在框46可以使用來(lái)自于車(chē)輛12先前操作的最后一個(gè)地平面或者在框46可以使用基于車(chē)輛標(biāo)稱行駛高度的缺省值。在框48，作出關(guān)于地平面相對(duì)于來(lái)自于框46的先前地平面的預(yù)期移動(dòng)的預(yù)測(cè)?？?8處的預(yù)測(cè)基于許多現(xiàn)代車(chē)輛中可用類型的車(chē)載慣性測(cè)量單元(IMU)。來(lái)自于框48處的預(yù)測(cè)中使用的IMU的數(shù)據(jù)包括車(chē)輛俯仰角和側(cè)傾角，如果這些角度從先前地平面計(jì)算以來(lái)已經(jīng)發(fā)生變化，其將對(duì)地平面的位置和取向具有顯著影響。在框50，提供來(lái)自于激光測(cè)距儀14的最近點(diǎn)云數(shù)據(jù)。這包括所有點(diǎn)數(shù)據(jù)，包括表示遠(yuǎn)高于地面水平的高目標(biāo)的點(diǎn)。在框52，在點(diǎn)云數(shù)據(jù)上進(jìn)行選通或?yàn)V波，以僅僅選擇被估計(jì)表示地平面的點(diǎn)。框52處的選通操作通過(guò)計(jì)算每個(gè)點(diǎn)距預(yù)測(cè)地平面的距離來(lái)進(jìn)行。限定閾值高度，例如0. 25米，且距地平面距離小于閾值的任何點(diǎn)被認(rèn)為是地面點(diǎn)。所有其它點(diǎn)(即，距地平面距離大于閾值距離的點(diǎn))被認(rèn)為是目標(biāo)點(diǎn)，且在地平面計(jì)算中不使用。在框M，表示地平面的點(diǎn)集合用于進(jìn)一步分析。要注意的是，在框M處提供的點(diǎn)不都處于一個(gè)平面內(nèi)。相反，從框52處的選通操作輸出的點(diǎn)(其在框M使用)是被認(rèn)為由地面或道路表面返回的點(diǎn)，且這些點(diǎn)用于確定最佳地?cái)M合所述點(diǎn)的平面的計(jì)算。在框56，來(lái)自于框M的地面點(diǎn)放置在4XN矩陣中，且在矩陣上進(jìn)行特征值分解，目標(biāo)是尋找由以下方程表示的地平面
Ax+By+Cz+D = 0 (1)
框56的動(dòng)作如下進(jìn)行。來(lái)自于框個(gè)地面點(diǎn)中的每個(gè)的(χ，y, ζ)坐標(biāo)用于填充4XN矩陣的前三列，第四列為數(shù)字1。即，矩陣的第一行將包括第一個(gè)地面點(diǎn)的坐標(biāo)加上數(shù)字1，如下[Xl，Y1, Z1, 1]。矩陣的第二行將包括第二個(gè)地面點(diǎn)的坐標(biāo)加上數(shù)字1，如 T [x2, J2, z2, 1]。由此，4XN矩陣用來(lái)自于框M的所有地面點(diǎn)填充。然后，可以在矩陣上進(jìn)行特征值分解，從而產(chǎn)生一組特征值和特征矢量，如下文所述。最小特征值可以認(rèn)為具有來(lái)自于最佳地?cái)M合矩陣中包含的點(diǎn)數(shù)據(jù)的平面方程的系數(shù)[A，B, C, D]。在框58，使用方程(1)和在框56剛剛確定的系數(shù)[A，B, C, D]限定更新地平面，且過(guò)程循環(huán)回到?jīng)Q策菱形塊44。以下是在流程圖40所示過(guò)程中使用的計(jì)算的詳細(xì)討論。在框48，假定主車(chē)輛的俯仰角速度和側(cè)傾角速度的IMU測(cè)量值分別為
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)和跟蹤車(chē)輛附近的目標(biāo)的方法，所述方法包括從激光測(cè)距儀提供多個(gè)掃描點(diǎn)，所述掃描點(diǎn)表示車(chē)輛周?chē)臻g中的激光測(cè)距儀已經(jīng)檢測(cè)到目標(biāo)的位置；使用掃描點(diǎn)和車(chē)輛動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)建立地平面的位置； 使用掃描點(diǎn)和地平面的位置來(lái)構(gòu)造目標(biāo)占位映射和目標(biāo)標(biāo)高映射；以及使用掃描點(diǎn)和目標(biāo)占位映射來(lái)生成動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)，其中，所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)識(shí)別和跟蹤移動(dòng)的目標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用掃描點(diǎn)和車(chē)輛動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)建立地平面的位置包括使用車(chē)輛俯仰角和傾側(cè)角數(shù)據(jù)來(lái)從先前地平面位置計(jì)算預(yù)測(cè)地平面位置； 在掃描點(diǎn)上執(zhí)行選通操作，其中，選通操作使用預(yù)測(cè)地平面位置來(lái)識(shí)別要在地平面計(jì)算中包括的點(diǎn)集合；生成矩陣，所述矩陣包含要在地平面計(jì)算中包括的點(diǎn)集合；在矩陣上執(zhí)行特征值分解，以識(shí)別最小特征值以及與最小特征值相關(guān)的特征矢量；以及使用與最小特征值相關(guān)的特征矢量來(lái)確定地平面的方程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括使用卡爾曼濾波器提供更新地平面位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用掃描點(diǎn)和地平面的位置來(lái)構(gòu)造目標(biāo)占位映射和目標(biāo)標(biāo)高映射包括將每個(gè)掃描點(diǎn)投影到地平面以確定每個(gè)掃描點(diǎn)的地平面相交點(diǎn)和法向矢量； 使用所有掃描點(diǎn)的法向矢量來(lái)構(gòu)建目標(biāo)標(biāo)高映射，其中，所述目標(biāo)標(biāo)高映射示出了在車(chē)輛周?chē)臻g中檢測(cè)的所有目標(biāo)的高度信息；以及使用所有掃描點(diǎn)的地平面相交點(diǎn)來(lái)構(gòu)建目標(biāo)占位映射，其中，所述目標(biāo)占位映射示出了在車(chē)輛周?chē)臻g中檢測(cè)的所有目標(biāo)的位置信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用掃描點(diǎn)和目標(biāo)占位映射來(lái)生成動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)包括從掃描點(diǎn)去除地面點(diǎn)以生成目標(biāo)點(diǎn)集合； 使用最近計(jì)算的目標(biāo)占位映射； 構(gòu)造相似性曲線以確定哪些目標(biāo)點(diǎn)一起移動(dòng)； 將一起移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)組聚類成動(dòng)態(tài)目標(biāo)；將動(dòng)態(tài)目標(biāo)分類成目標(biāo)類型，其中，目標(biāo)類型包括車(chē)輛、行人、自行車(chē)和動(dòng)物； 計(jì)算動(dòng)態(tài)目標(biāo)的質(zhì)心；以及跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)以生成動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，將一起移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)組聚類成動(dòng)態(tài)目標(biāo)使用深度優(yōu)先搜索策略。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)使用卡爾曼濾波器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)包括每個(gè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)相對(duì)于地面的縱向和橫向位置以及縱向和橫向速度。
9.一種用于檢測(cè)和跟蹤車(chē)輛附近的目標(biāo)的方法，所述方法包括從激光測(cè)距儀提供多個(gè)掃描點(diǎn)，所述掃描點(diǎn)表示車(chē)輛周?chē)臻g中的激光測(cè)距儀已經(jīng)檢測(cè)到目標(biāo)的位置；使用掃描點(diǎn)和車(chē)輛動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)建立地表面的定義； 使用掃描點(diǎn)和地表面的定義來(lái)構(gòu)造目標(biāo)占位映射和目標(biāo)標(biāo)高映射； 使用掃描點(diǎn)和目標(biāo)占位映射來(lái)生成動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)，其中，所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)識(shí)別和跟蹤移動(dòng)的目標(biāo)；以及在車(chē)輛應(yīng)用中使用目標(biāo)占位映射和動(dòng)態(tài)目標(biāo)數(shù)據(jù)。
10. 一種用于檢測(cè)和跟蹤車(chē)輛附近的目標(biāo)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 車(chē)輛中的激光測(cè)距儀，用于提供多個(gè)掃描點(diǎn)，所述掃描點(diǎn)表示車(chē)輛周?chē)臻g中的激光測(cè)距儀已經(jīng)檢測(cè)到目標(biāo)的位置；第一處理器，所述第一處理器配置成使用掃描點(diǎn)來(lái)計(jì)算地表面且生成目標(biāo)占位映射； 第二處理器，所述第二處理器配置成使用目標(biāo)占位映射和掃描點(diǎn)來(lái)識(shí)別和跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)；以及共享存儲(chǔ)器模塊，用于在第一處理器和第二處理器之間共享數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種使用三維激光測(cè)距儀檢測(cè)和跟蹤車(chē)輛附近的目標(biāo)的方法和系統(tǒng)。所述方法從激光測(cè)距儀接收多個(gè)點(diǎn)，所述點(diǎn)表示測(cè)距儀感測(cè)一些目標(biāo)存在的空間位置。算法首先基于先前地平面位置、來(lái)自于車(chē)載傳感器的數(shù)據(jù)、以及應(yīng)用于點(diǎn)數(shù)據(jù)的特征矢量計(jì)算來(lái)估計(jì)地平面位置。接下來(lái)，基于點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)合地平面計(jì)算靜止目標(biāo)的平面圖占位映射和標(biāo)高映射。最后，檢測(cè)和跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)，感測(cè)移動(dòng)的目標(biāo)，例如其它車(chē)輛、行人和動(dòng)物。方法的輸出是靜止和動(dòng)態(tài)目標(biāo)集合，包括其形狀、距離和速度。該輸出可以在以下方面使用，例如碰撞避免或半自主駕駛系統(tǒng)。
文檔編號(hào)B60W40/02GK102248947SQ20111012095
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者曾 S. 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司