[發(fā)明專利]一種基于激光雷達的水面小目標探測方法

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• 申請日: 2019-09-16
• 公開（公告）號: CN110596728A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發(fā)明（設計）人: 王文光
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S17/88
• 分類號: G01S17/88;G01S17/58;G01S7/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于激光雷達的水面小目標探測方法，針對水上搜救、水面漂浮物清理、水上養(yǎng)殖和捕撈設施檢測、無人艇水面避障等應用中水面目標難以準確檢測的問題，給出了一種利用激光雷達進行目標探測的方法。由于激光雷達的稀疏掃描特性，單幀數(shù)據難以給出穩(wěn)定的檢測結果，本發(fā)明所給出的水面小目標檢測方法利用了多幀數(shù)據的積累，在多幀積累的基礎上進行目標檢測，提高了目標檢測的穩(wěn)定性，并且也提高了所提取的目標信息的可靠性。

技術領域：

本發(fā)明給出了一種利用激光雷達探測水面小目標的方法，屬于水上目標探測領域。

背景技術：

本專利中的水面小目標主要指漂浮于水面上，具有較小的體積的目標，是水上搜救、水面污染物及水面垃圾清理、非法捕撈設施檢測等所面對的主要對象。對于水面目標的探測，常用的傳感器包括了可見光傳感器、紅外傳感器、雷達等，這些傳感器在水上搜救、自主航行避障、水上交通監(jiān)視、打擊走私等諸多反面都有廣泛的應用。其中可見光傳感器成本低廉，也具有較遠的探測距離，但由于受到光照等因素的影響，在濃霧、夜晚、強光等場景下難以提供有效的水面信息；紅外傳感器依賴于物體與背景間的溫度差異來區(qū)分目標與背景以及不同的目標類型，對于水面小目標，當其溫度與水溫接近時，用紅外傳感器難以有效區(qū)分，另外，紅外傳感器所成的圖像分辨率較低，對于水面小目標，難以形成穩(wěn)定的檢測；大型遠距離探測雷達雖然具有很遠的探測距離，也可以達到很高的距離分辨率，但當安裝位置很低時，小的雷達擦地角會導致很強的水面雜波干擾，對于水上小目標的探測仍然是難點問題。激光雷達具有測距精度高、全天時工作等優(yōu)點，隨著3D激光技術的不斷發(fā)展，基于激光雷達的水上小目標探測變得可行。

目前的水上小目標探測主要基于圖像處理的方法，利用目標與水面背景在回波強度、顏色、紋理等方面的差異，進行漂浮物的檢測，受環(huán)境因素的影響嚴重，難以實現(xiàn)全天候檢測。人為搜索仍然是主要的水上目標檢測手段，總體上的檢測效果不高，尤其是在水上搜救方面，效率亟待提高。

激光雷達的應用，以及與激光雷達數(shù)據相對應的水面弱小目標檢測方法的開發(fā)和應用，將明顯提高水面小目標的檢測和識別性能。

發(fā)明內容：

1、要解決的技術問題

本發(fā)明的目的在于利用水面對于激光雷達具有很低的反射，而與水面相比，水面漂浮物體具有高的反射的特性。通過兩者對激光的反射差異，克服水面雜波對于目標探測的干擾，給出一種能夠穩(wěn)定探測水面漂浮小目標的方法。要解決的技術問題有：

1)激光雷達稀疏點云的有效積累

由于激光雷達所發(fā)射的激光信號是稀疏的，以及激光的弱擴散性，在保證激光探測具有良好的方向性的同時，很小的探測范圍成為激光探測的缺點。本專利利用多幀數(shù)據的長時間積累，實現(xiàn)對目標點云的聚集，積累后再進行目標的檢測，增強了激光探測水面漂浮物的穩(wěn)定性和可靠性。

2)水面漂浮物的真?zhèn)闻袛?/p>

水面漂浮物的形狀和尺寸是各種各樣的，沒有統(tǒng)一的規(guī)則外形，在多幀數(shù)據積累后，需要進一步的真?zhèn)闻袛嘁匀コ摷倌繕恕Ｔ谶M行真?zhèn)闻袛嘀校枰媚繕说墓灿刑卣鳎诒景l(fā)明中，采用了目標具有一定的幾何尺寸來形成點云點數(shù)的約束；目標是漂浮在水面上，目標點云的最低也形成真?zhèn)闻袛嗉s束；目標會在多幀數(shù)據中連續(xù)出現(xiàn)，而海雜波具有隨機性，這樣就可以利用在多幀數(shù)據中具有穩(wěn)定性特點進行真?zhèn)闻袛啵ㄟ^聯(lián)合應用這些約束條件，就可以實現(xiàn)對潛在目標的穩(wěn)定判斷。

2、技術方案

通過克服以上兩個問題，可以有效解決水面漂浮小目標的激光雷達探測問題。具體地，本發(fā)明遵循了以下的技術方案：

1)激光雷達發(fā)射并接收水面回波數(shù)據；

2)對單幀激光雷達數(shù)據進行聚類；

3)對連續(xù)多幀數(shù)據進行積累，增加目標點云數(shù)量；