[發明專利]一種結合激光點云轉向的道路邊沿檢測方法

在審

• 申請號: 202010023329.5
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111242000A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 馬滬敏;陶冰潔;且若辰;彭真明;柳楊;程曉彬;王光慧
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 成都正煜知識產權代理事務所(普通合伙) 51312
• 代理人: 徐金瓊

1.一種結合激光點云轉向的道路邊沿檢測方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：根據激光點云與圖像間的空間位置關系，對激光雷達獲取的點云數據與攝像機獲取的圖像數據進行聯合校準，獲取已校準激光點云，并剔除超出圖像視場面外的無效激光點云，保留有效激光點云；

步驟2：基于信息熵計算激光點云轉向角，根據激光點云轉向角逆時針旋轉激光點云，使得道路邊沿激光點旋轉至平行于X軸，得到轉向后有效激光點云；

步驟3：基于道路平面特點以及有效激光點云構建道路面方程，基于M估計樣本一致性進行道路平面方程參數估計，提取道路區域點云，在道路平面擬合過程中，通常會存在少量異常點，在激光點云的異常點處理中，采用刪除Y方向最大最小的5％的激光點云，完成異常點的去除，獲取道路激光點云；

步驟4：基于道路激光點云確定道路點云的大致區間，并基于激光雷達的位置先驗對點云進行進一步的約束：

根據激光雷達的位置先驗和道路激光點云共同約束有效激光點云，削弱非道路點云對后續道路邊沿點的干擾，隨后將約束后的道路激光點云沿著Y方向進行點云的累計，獲取沿Y方向的點云累計直方圖；

步驟5：根據道路左右邊沿處于激光雷達左右兩側的特點，在沿Y方向的點云累計直方圖原點的左右兩側分別尋找三維道路左右邊沿激光點云，得到道路邊沿激光點后，沿步驟2中計算得到的點云轉向角順時針旋轉激光點云，恢復道路激光點云旋轉前的空間位置坐標；

步驟6：基于激光點云與圖像面的映射關系，將三維道路左右邊沿激光點云轉換為二維圖像平面投影點，并基于帶L2正則約束的最小二乘法在n階以內進行道路邊沿擬合，選取代價函數最小值對應的道路邊沿擬合函數參數和階數，構造道路左右邊沿函數，得到道路左右邊沿擬合結果；

步驟7：將圖像面上的道路左右邊沿擬合結果投影到圖像面上，完成基于激光點云的道路邊沿檢測。

2.根據權利要求1所述的一種結合激光點云轉向的道路邊沿檢測方法，其特征在于：所述步驟1的具體步驟如下：

步驟1.1：根據激光點云和圖像間的空間位置關系，獲取旋轉校準矩陣以及激光點云到圖像的轉換矩陣，建立激光點云和圖像面上的映射關系，三維激光點云在二維圖像面上的投影坐標可表示為：

其中，C(x,y,z,u,v)表示建立激光點云與圖像的映射關系后的激光點坐標；C(x,y,z)表示激光點的三維空間坐標；C(u,v)表示激光點投影在二維圖像面的投影坐標；為旋轉校準矩陣；為將三維激光點velo轉換到圖像坐標cam的轉換矩陣；p(x,y,z)為三維激光點坐標；

步驟1.2：根據激光點云二維投影坐標和圖像尺寸的關系，剔除超出圖像面的無效激光點云，保留有效激光點云。

3.根據權利要求2所述的一種結合激光點云轉向的道路邊沿檢測方法，其特征在于：所述步驟2的具體步驟如下：

步驟2.1：逆時針旋轉激光點云，并將激光點云沿著Y方向進行直方圖累計，計算不同轉向角下激光點云累計直方圖的信息熵，選取最小熵值對應的轉向角作為激光點云轉向角，便于后續道路邊沿激光點的提取，激光點云轉向角計算如公式(2)所示：

其中，θ_steer表示最小熵值對應的點云轉向角；H(θ)表示轉向角為θ時激光點云Y方向累計直方圖的信息熵；p_θ(i)表示Y方向與原點距離為i的激光點出現的概率；

步驟2.1：確定激光點云轉向角后，沿轉向角逆時針旋轉激光點云，使得道路邊沿激光點平行于X軸，減少誤檢的發生，激光點云逆時針旋轉計算如公式(3)～(4)所示：

P_steer(x,y,z)＝P(x,y,z)*M_{Anti-clockwise} (4)

其中，M_{Anti-clockwise}(θ_steer)表示沿轉向角θ_steer逆時針旋轉的旋轉變換矩陣；θ_steer表示點云轉向角；P(x,y,z)表示原始有效激光點云；P_steer(x,y,z)表示轉向后有效激光點云。