[发明专利]三维障碍物检测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于双目摄像头系统和三维激光雷达的三维障碍物检测方法，能够利用安装在车辆上的两个摄像头拍摄的影像进行前方路面识别的判断检测，并与三维激光雷达数据融合，进行障碍物的三维数据重建。

背景技术

随着汽车时代的全面来临，汽车安全技术受到越来越多的重视。其中基于传感器的障碍物检测和识别算法在汽车安全领域中起着至关重要的作用。

各种功能各异的传感器设备可以被用于获取各种实时路况信息。目前常用的车载传感器主要可以分为视觉类(红外线、单目摄像机、立体摄像机等)、测距类(超声波、毫米波雷达、激光雷达等)。每一种传感器探测技术都有其适用的场合以及受限制的方面。传统的障碍物检测基于单一的传感器单个检测模型来获取周边环境的障碍物信息，在复杂气候、复杂交通场景下单源信息局限性大，误差大，可靠性差具，存在着许多不足，导致无法精确识别出障碍物，为行车安全带来了很大的隐患。以激光雷达和立体摄像机为例。三维激光雷达传感器快速扫描整个360度视界，通常采用77GHZ或者24GHz激光脉冲，探测距离可达150米。通过测量发射光和从物体表面反射光之间的时间差来进行探测，根据光脉冲所需的传播时间确定物体被测距离，获取空间物体三维数据，提供激光碰到目标的点云数据。一般来说三维激光雷达距离测量精度较高，能准确的得到车辆周边环境的三维信息，对于目标的轮廓识别性能很高，能够为主车辆提供最直接反映客观事物的真实形态特征。并且该传感器对天气的鲁棒性较好。但是该传感器存在一定的缺陷，一方面不能获取环境的颜色信息，另一方面比较难区分出目标的类型，特别是在复杂环境下无法将路面和障碍物情况区别开。立体摄像机采集环境信息丰富，能提供环境的颜色信息，可以快速获取物体的外形、纹理信息，根据前方障碍物的轮廓有效分辨物体类型，捕捉前方目标。但是该传感器对光照环境要求较高，具有受恶劣天气及环境因素的外界环境影响较大的天生缺陷，存在目标缺失、模糊等问题。并且摄像机可视范围有限，会有监视盲区。

鉴于单一类型传感器都存在一定的缺陷和不足，多传感器融合能很好的补充上述缺陷，两者实现功能互补。目前在车辆前方障碍物检测方面广泛采用传感器融合的方法，主要有视觉传感器和测距传感器的融合，测距传感器和惯性传感器的融合等。例如在《使用3-D激光测距仪的目标和车辆检测及跟踪》中(中国专利申请号201110120951.9，公开日2011年11月23日，通用汽车环球科技运作有限责任公司申请)公开了一种基于三维激光雷达的障碍物检测方法及其装置，采用来自底盘动态惯性传感器的仰俯角和倾侧角数据确定先前路面状态，然后应用于激光雷达点云数据来估计地平面位置。基于点云数据结合地平面计算障碍物的空间位置，检测和跟踪动态障碍物。但是该专利只能通过已行驶过的路面状态来推断前方路面的状态，如果处于复杂路面情况，根据当前路面无法准确估计前方路面时，该方法就会失去效力。

将摄像机与激光雷达进行融合是障碍物检测领域的热门。激光雷达扫描数据和摄像头图像信息对环境的描述具有很强的互补性，如三维激光雷达扫描数据可以快速准确地获取物体表面密集的三维坐标，而摄像机图像包含了丰富的信息可以对目标进行分类。中国专利申请号201310124199.4，公开日2013年7月10日，由浙江大学申请的《一种基于双模态数据融合的道路检测》公开了一种基于三维激光雷达和摄像机的道路检测方法，其中根据非路区域和道路区域的颜色混合高斯模型的区别对三维点云信息中路面区域进行判断。该专利只能通过摄像机采集的颜色特征来区分三维激光雷达扫描范围里的路面区域和非路面区域，但是对于路面和周边环境颜色很接近的情况下该方法就很难利用颜色信息来区分路面范围区域，检测障碍物。

但是上述两种公开技术对于复杂的路面环境，特别是在路面区域和周边环境颜色相近或者路面结构很复杂的情况下，这些方法无法实施用于检测路面上的障碍物。因而能够在不同路面场景条件下实时有效地进行障碍物检测的方法及系统有很大的需求。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题提出了本发明。因此，本发明的目的是提出一种基于双目摄像头系统和三维激光雷达的三维障碍物检测方法，能够利用安装在车辆上的两个摄像头拍摄的影像进行前方路面识别的判断检测，并与三维激光雷达数据融合，进行障碍物的三维数据重建。