[發(fā)明專利]一種基于視覺與激光雷達(dá)融合的前向列車檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010517633.5
• 申請(qǐng)日: 2020-06-09
• 公開（公告）號(hào): CN111832410B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余貴珍;王章宇;周彬;黃嘉慧;王朋成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06V20/58
• 分類號(hào): G06V20/58;G06V20/40;G06V10/762;G06T7/80;G01S17/08;G01S17/931
• 代理公司: 北京航智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11668
• 代理人: 陳磊;張楨

本發(fā)明公開了一種基于視覺與毫米波雷達(dá)融合的前向列車檢測(cè)方法，通過(guò)圖像視覺算法實(shí)現(xiàn)前向列車檢測(cè)，并通過(guò)激光雷達(dá)獲取前向列車的精準(zhǔn)距離；通過(guò)檢測(cè)算法可以獲取圖像中可能的列車，從而使系統(tǒng)沒有漏識(shí)別，在此基礎(chǔ)上通過(guò)圖像分類算法對(duì)檢測(cè)算法提取的列車框進(jìn)行進(jìn)一步分類，從而剔除圖像中的誤識(shí)別，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的前向列車識(shí)別。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于軌道列車無(wú)人駕駛自主環(huán)境感知技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于視覺與激光雷達(dá)融合的前向列車檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，軌道交通發(fā)展迅速，以列車無(wú)人駕駛為代表的智慧軌道交通系統(tǒng)得到了越來(lái)越多的企業(yè)以及科研機(jī)構(gòu)的青睞。現(xiàn)階段列車無(wú)人駕駛系統(tǒng)主要依賴于信號(hào)系統(tǒng)，其中典型代表為CBTC(基于通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng))系統(tǒng)。基于信號(hào)系統(tǒng)的列車無(wú)人駕駛系統(tǒng)可以通過(guò)通信的方式獲取線路中的列車位置，從而使得運(yùn)行的列車可實(shí)時(shí)獲取前車距離，從而避免了車輛碰撞。然而基于通信的列車無(wú)人駕駛系統(tǒng)不具體自主環(huán)境感知能力，無(wú)法自主感知前向列車距離，在信號(hào)系統(tǒng)故障時(shí)，列車無(wú)法獲取前向列車距離，從而導(dǎo)致車輛運(yùn)行效率降低，甚至造成列車碰撞。

為實(shí)現(xiàn)列車自主環(huán)境感知，使得列車運(yùn)行時(shí)能自主獲取前向列車距離，近年來(lái)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)也開展了部分研究。現(xiàn)階段的自主前向列車識(shí)別方法主要有依賴于圖像識(shí)別的方法以及依賴于激光雷達(dá)的識(shí)別方法。其中基于圖像的前向列車識(shí)別方法通過(guò)在列車上安裝相機(jī)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)前向環(huán)境圖中進(jìn)行識(shí)別，從而判斷前方是否存在列車，此類方法可較好的實(shí)現(xiàn)前方列車識(shí)別，然而基于圖像的方法難以實(shí)現(xiàn)前向列車的精準(zhǔn)測(cè)量，尤其在彎道以及坡道等場(chǎng)景；基于激光雷達(dá)的方法主要通過(guò)在列車上安裝毫米波激光雷達(dá)或激光雷達(dá)，通過(guò)激光雷達(dá)主動(dòng)發(fā)射無(wú)線電波，并通過(guò)飛行時(shí)間法獲取前向列車的距離，此類方法可獲取前向列車的距離，然而此類方法難以實(shí)現(xiàn)前向列車的精準(zhǔn)識(shí)別，從而容易將隧道壁或列車線路中的建筑物誤識(shí)別為列車，從而造成系統(tǒng)誤報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述已有技術(shù)存在的不足，隨著深度學(xué)習(xí)以及傳感器技術(shù)的成熟，基于傳感器融合進(jìn)行障礙物檢測(cè)已獲得廣泛關(guān)注，本發(fā)明融合視覺與激光雷達(dá)進(jìn)行前向列車檢測(cè)，充分互補(bǔ)兩個(gè)傳感器的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)可靠的前向列車識(shí)別，提出一種基于視覺與激光雷達(dá)融合的前向列車檢測(cè)方法。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種基于視覺與激光雷達(dá)融合的前向列車檢測(cè)方法，其特征在于，在列車車頭前擋風(fēng)玻璃處安裝相機(jī)和激光雷達(dá)，所述檢測(cè)方法包括以下步驟：

S1：獲取同步數(shù)據(jù)；

列車運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)采集圖像與激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，從獲取的圖像和激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的時(shí)間戳中選取相機(jī)和激光雷達(dá)時(shí)間戳最近的兩幀數(shù)據(jù)作為同步數(shù)據(jù)；

S2：在圖像中通過(guò)深度學(xué)習(xí)融合算法對(duì)圖像進(jìn)行列車識(shí)別，確定圖像中是否存在列車，圖像中存在列車則輸出列車檢測(cè)框并進(jìn)行步驟S3，圖像中不存在列車則進(jìn)行下一幀檢測(cè)；

S3：對(duì)激光雷達(dá)與相機(jī)進(jìn)行內(nèi)外參標(biāo)定，將激光雷達(dá)數(shù)據(jù)映射至圖像中，獲取融合數(shù)據(jù)；

S4：在融合數(shù)據(jù)中判斷激光雷達(dá)點(diǎn)是否映射至圖像檢測(cè)的列車框中，提取列車框內(nèi)的激光雷達(dá)點(diǎn)；

S5：對(duì)列車框內(nèi)激光雷達(dá)點(diǎn)自適應(yīng)聚類，獲取前向列車距離；

S5-1：將列車框內(nèi)的激光雷達(dá)點(diǎn)與本車的距離進(jìn)行排序；

S5-2：設(shè)置一個(gè)聚類簇，將第一個(gè)激光雷達(dá)點(diǎn)放置于聚類簇中，依次計(jì)算剩下所有激光雷達(dá)點(diǎn)與第一個(gè)點(diǎn)的距離，若小于設(shè)定的閾值，則將該激光雷達(dá)點(diǎn)放置于第一個(gè)聚類簇中，并更新該聚類簇中激光雷達(dá)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，同時(shí)將被放置的激光雷達(dá)點(diǎn)與本車的距離設(shè)置為0，避免后續(xù)的重復(fù)計(jì)算；

S5-3：若激光雷達(dá)點(diǎn)與聚類簇中放置的激光雷達(dá)點(diǎn)的距離大于設(shè)定的閾值，則設(shè)置一個(gè)新的聚類簇，并重復(fù)步驟S5-2直到列車框內(nèi)所有的激光雷達(dá)點(diǎn)均被分配到一個(gè)聚類簇中；