[发明专利]使用3-D激光测距仪的目标和车辆检测及跟踪

说明书

技术领域

本发明总体上涉及目标检测方法和系统，且更具体地涉及使用三维激光测距仪来检测和跟踪车辆附近的静止和移动目标两者的目标检测方法和系统，从而给下游车辆控制应用提供输入源。

背景技术

许多现代车辆包括用于安全和导航辅助的各种复杂电子系统。在一些车辆中，这些系统包括目标检测和适应性巡航控制系统，其可以警告驾驶员车辆附近的障碍物，或甚至控制车辆制动器或转向装置以保持距另一个车辆或目标的安全距离。然而，本领域已知且在市场上可用的目标检测系统在它们可以多好地检测和跟踪目标以及目标数据可以多可靠地用于车辆控制目的方面具有限制。

当今车辆中可用的大多数目标检测系统使用基于雷达或照相机的视觉技术。这些系统通常具有在实际驾驶情况中通常发现的杂乱环境中的目标之间进行区分的问题。它们可能能够检测目标的二维形状，但是不能确定目标高度，从而不能确定目标实际上是否为地面或道路表面特征。或者它们可能能够检测目标的存在，但是不能基于相对速度或三维特性在紧密隔开的目标之间进行区分。最后，由于缺乏反射或缺乏目标的颜色差异，现有基于雷达或照相机的目标检测系统可能完全不能检测一些目标。

需要一种可靠和稳固的目标检测系统，其可以将目标彼此或者与地平面进行区分，其可以可靠地跟踪所检测目标相对于地面以及相对于主车辆的位置和速度两者，其可以在实际世界驾驶的杂乱环境中执行这些任务。这种系统可以允许在开发先进车辆系统（例如，半自主驾驶系统）中的显著突破。

发明内容

根据本发明的教导，公开了一种使用三维激光测距仪来检测和跟踪车辆附近的目标的方法和系统。所述方法从激光测距仪接收点云，其中，所述点表示测距仪感测一些目标存在的空间位置。算法首先基于先前地平面位置、来自于底盘动态传感器的数据、以及应用于点云数据的特征矢量计算来估计地平面位置。也可以构造不平坦的分段地表面。接下来，基于点云数据结合地表面计算静止目标的平面图占位映射和标高映射。最后，检测和跟踪动态目标，感测相对于地面移动的目标，例如其它车辆、行人和动物。方法的输出是静止和动态目标集合，包括其大小和形状、距离以及相对于地面和主车辆的速度。该输出数据可以由下游应用使用，例如碰撞避免或半自主驾驶系统。

方案1. 一种用于检测和跟踪车辆附近的目标的方法，所述方法包括：

从激光测距仪提供多个扫描点，所述扫描点表示车辆周围空间中的激光测距仪已经检测到目标的位置；

使用扫描点和车辆动态数据来建立地平面的位置；

使用扫描点和地平面的位置来构造目标占位映射和目标标高映射；以及

使用扫描点和目标占位映射来生成动态目标数据，其中，所述动态目标数据识别和跟踪移动的目标。

方案2. 根据方案1所述的方法，其中，使用扫描点和车辆动态数据来建立地平面的位置包括：

使用车辆俯仰角和倾侧角数据来从先前地平面位置计算预测地平面位置；

在扫描点上执行选通操作，其中，选通操作使用预测地平面位置来识别要在地平面计算中包括的点集合；

生成矩阵，所述矩阵包含要在地平面计算中包括的点集合；

在矩阵上执行特征值分解，以识别最小特征值以及与最小特征值相关的特征矢量；以及

使用与最小特征值相关的特征矢量来确定地平面的方程。

方案3. 根据方案2所述的方法，还包括使用卡尔曼滤波器提供更新地平面位置。

方案4. 根据方案1所述的方法，其中，使用扫描点和地平面的位置来构造目标占位映射和目标标高映射包括：

将每个扫描点投影到地平面以确定每个扫描点的地平面相交点和法向矢量；

使用所有扫描点的法向矢量来构建目标标高映射，其中，所述目标标高映射示出了在车辆周围空间中检测的所有目标的高度信息；以及

使用所有扫描点的地平面相交点来构建目标占位映射，其中，所述目标占位映射示出了在车辆周围空间中检测的所有目标的位置信息。

方案5. 根据方案1所述的方法，其中，使用扫描点和目标占位映射来生成动态目标数据包括：

从扫描点去除地面点以生成目标点集合；

使用最近计算的目标占位映射；

构造相似性曲线以确定哪些目标点一起移动；

将一起移动的目标点组聚类成动态目标；

将动态目标分类成目标类型，其中，目标类型包括车辆、行人、自行车和动物；

计算动态目标的质心；以及

跟踪动态目标以生成动态目标数据。