[發明專利]三維障礙物檢測方法和裝置

在審

• 申請號: 201410080028.0
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN104899855A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發明（設計）人: 戴依若;王文佳
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳秋明

技術領域

本發明涉及一種基于雙目攝像頭系統和三維激光雷達的三維障礙物檢測方法，能夠利用安裝在車輛上的兩個攝像頭拍攝的影像進行前方路面識別的判斷檢測，并與三維激光雷達數據融合，進行障礙物的三維數據重建。

背景技術

隨著汽車時代的全面來臨，汽車安全技術受到越來越多的重視。其中基于傳感器的障礙物檢測和識別算法在汽車安全領域中起著至關重要的作用。

各種功能各異的傳感器設備可以被用于獲取各種實時路況信息。目前常用的車載傳感器主要可以分為視覺類(紅外線、單目攝像機、立體攝像機等)、測距類(超聲波、毫米波雷達、激光雷達等)。每一種傳感器探測技術都有其適用的場合以及受限制的方面。傳統的障礙物檢測基于單一的傳感器單個檢測模型來獲取周邊環境的障礙物信息，在復雜氣候、復雜交通場景下單源信息局限性大，誤差大，可靠性差具，存在著許多不足，導致無法精確識別出障礙物，為行車安全帶來了很大的隱患。以激光雷達和立體攝像機為例。三維激光雷達傳感器快速掃描整個360度視界，通常采用77GHZ或者24GHz激光脈沖，探測距離可達150米。通過測量發射光和從物體表面反射光之間的時間差來進行探測，根據光脈沖所需的傳播時間確定物體被測距離，獲取空間物體三維數據，提供激光碰到目標的點云數據。一般來說三維激光雷達距離測量精度較高，能準確的得到車輛周邊環境的三維信息，對于目標的輪廓識別性能很高，能夠為主車輛提供最直接反映客觀事物的真實形態特征。并且該傳感器對天氣的魯棒性較好。但是該傳感器存在一定的缺陷，一方面不能獲取環境的顏色信息，另一方面比較難區分出目標的類型，特別是在復雜環境下無法將路面和障礙物情況區別開。立體攝像機采集環境信息豐富，能提供環境的顏色信息，可以快速獲取物體的外形、紋理信息，根據前方障礙物的輪廓有效分辨物體類型，捕捉前方目標。但是該傳感器對光照環境要求較高，具有受惡劣天氣及環境因素的外界環境影響較大的天生缺陷，存在目標缺失、模糊等問題。并且攝像機可視范圍有限，會有監視盲區。

鑒于單一類型傳感器都存在一定的缺陷和不足，多傳感器融合能很好的補充上述缺陷，兩者實現功能互補。目前在車輛前方障礙物檢測方面廣泛采用傳感器融合的方法，主要有視覺傳感器和測距傳感器的融合，測距傳感器和慣性傳感器的融合等。例如在《使用3-D激光測距儀的目標和車輛檢測及跟蹤》中(中國專利申請號201110120951.9，公開日2011年11月23日，通用汽車環球科技運作有限責任公司申請)公開了一種基于三維激光雷達的障礙物檢測方法及其裝置，采用來自底盤動態慣性傳感器的仰俯角和傾側角數據確定先前路面狀態，然后應用于激光雷達點云數據來估計地平面位置。基于點云數據結合地平面計算障礙物的空間位置，檢測和跟蹤動態障礙物。但是該專利只能通過已行駛過的路面狀態來推斷前方路面的狀態，如果處于復雜路面情況，根據當前路面無法準確估計前方路面時，該方法就會失去效力。

將攝像機與激光雷達進行融合是障礙物檢測領域的熱門。激光雷達掃描數據和攝像頭圖像信息對環境的描述具有很強的互補性，如三維激光雷達掃描數據可以快速準確地獲取物體表面密集的三維坐標，而攝像機圖像包含了豐富的信息可以對目標進行分類。中國專利申請號201310124199.4，公開日2013年7月10日，由浙江大學申請的《一種基于雙模態數據融合的道路檢測》公開了一種基于三維激光雷達和攝像機的道路檢測方法，其中根據非路區域和道路區域的顏色混合高斯模型的區別對三維點云信息中路面區域進行判斷。該專利只能通過攝像機采集的顏色特征來區分三維激光雷達掃描范圍里的路面區域和非路面區域，但是對于路面和周邊環境顏色很接近的情況下該方法就很難利用顏色信息來區分路面范圍區域，檢測障礙物。

但是上述兩種公開技術對于復雜的路面環境，特別是在路面區域和周邊環境顏色相近或者路面結構很復雜的情況下，這些方法無法實施用于檢測路面上的障礙物。因而能夠在不同路面場景條件下實時有效地進行障礙物檢測的方法及系統有很大的需求。

發明內容

為了解決現有技術的上述問題提出了本發明。因此，本發明的目的是提出一種基于雙目攝像頭系統和三維激光雷達的三維障礙物檢測方法，能夠利用安裝在車輛上的兩個攝像頭拍攝的影像進行前方路面識別的判斷檢測，并與三維激光雷達數據融合，進行障礙物的三維數據重建。