[發明專利]一種用于汽車主動安全防撞的三維目標跟蹤方法

有效

• 申請號: 202010909302.6
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112162550B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 張輝;聶暢;代華強
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G05D1/12
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 易卜

本發明提供一種可用于汽車主動安全防撞的三維空間目標跟蹤技術，屬于三維空間目標跟蹤技術領域，首先，對某汽車自動防撞系統安裝的傳感器和感知算法獲取各三維目標的檢測結果；將各檢測結果與速度作為目標狀態，擴展到三維空間得到各目標當前t時刻的運動模型，并進一步搭建對應的觀測模型；然后，針對每個目標，利用t時刻前該目標的所有數據，通過UFIR批處理濾波器對該目標的運動模型和觀測模型進行處理，得到該目標t+1時刻的預測結果；將t+1時刻的預測結果，與安全防撞系統的判別條件進行比較，當觸發防撞條件，則主動控制汽車進行避撞。本發明有效聯系前后幀，增強的目標狀態的魯棒性和ADAS系統安全冗余。

技術領域

本發明屬于三維空間目標跟蹤技術領域，具體是一種用于汽車主動安全防撞的三維目標跟蹤方法。

背景技術

隨著ADAS系統(Advanced Driving Assistance System高級駕駛輔助系統)應用越來越廣泛，被重點關注的主動安全防撞系統也變得越來越重要，其安全冗余性作為安全功能，尤其重要。但是，傳統的汽車防撞系統感知主要是利用超聲波測距和紅外線測距，這些傳感器具有測量距離短，受環境影響大的缺點，況且目前ADAS系統中使用的毫米波雷達對于行人和部分非金屬障礙物檢測過弱，并且視野小，角度分辨率低，沒有高程信息；這些缺點都可能暴露出主動安全防撞系統的缺陷。

而利用攝像頭和激光雷達等傳感器融合，計算得到的三維目標檢測結果精度高，視野廣泛，能夠克服上述缺點。但是單純的三維目標檢測在遇到遮擋或不連續的目標時，很容易丟失目標信息。故可以利用三維目標跟蹤方法增強目標的連續性，對遮擋目標進行運動預測。

目前常用的狀態估計目標跟蹤方法通常使用卡爾曼濾波器進行預測和更新，但是由于目標的具體情況未知，這對于濾波器中的噪聲確定非常困難，進而影響預測效果。并且，這種方法是線性高斯條件下的最優估計方法，其無限脈沖響應(IIR)特性易使其出現飽和，導致濾波效果下降。

而有限沖擊響應濾波器(FIR)可以避免噪聲的統計特征，其無偏有限沖擊響應濾波器(UFIR)對模型誤差和噪聲有更強的魯棒性，在狀態估計問題中可以推廣卡爾曼濾波器。

發明內容

本發明針對上述存在的問題，提出一種用于汽車主動安全防撞的三維目標跟蹤方法，基于無偏有限沖擊響應濾波器(UFIR)的三維目標跟蹤，以加強汽車主動安全防撞感知的冗余性。

具體步驟如下：

步驟一、針對某汽車自動防撞系統，利用安裝的傳感器和感知算法獲取各三維目標的檢測結果(x,y,z,ry,l,w,h,s)；

傳感器包括單目攝像頭、雙目攝像頭、激光雷達、或激光雷達與攝像頭的融合等；

感知算法包括純圖像三維目標檢測、純激光雷達三維目標檢測、激光雷達與攝像頭融合的三維目標檢測等；

(x,y,z)為每個三維目標在本汽車坐標系下的坐標，ry為每個三維目標的朝向與原點坐標系x軸的夾角，(l,w,h)分別為各三維目標對應的長、寬和高，s為分類置信分數。

步驟二、針對當前t時刻，將各三維目標的檢測結果與速度作為目標狀態，擴展到三維空間得到各三維的目標運動模型。

運動模型方程式為：

x_t＝Fx_t-1+w_t

其中x_t是某個三維目標在當前t時刻的狀態，

即x_t＝[x y z ry l w h v_x v_y v_z]^T；其中v_x,v_y,v_z表示三維目標在本汽車坐標系下沿xyz方向的速度。