基于嵌入式设备的多线激光雷达障碍物检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于嵌入式设备的多线激光雷达障碍物检测系统，三维点云数据采集模块为多线激光雷达，多线激光雷达实现障碍物点云数据的采集功能；再通过基于嵌入式设备的数据处理子系统对采集的点云数据进行处理与传输，所有的障碍物检测算法和检测结果均在嵌入式设备上得以实现。同时提供了一种利用上述系统的障碍物检测方法。本发明专利技术通过点云数据采集子系统采集车辆前方激光雷达数据，经过数据处理子系统处理，通过有线或者无线的方式将三维点云数据、障碍物信息和车辆与障碍物相对位置数据通过有线或者无线的方式发送给智能车后续系统以便其进行避障及路径规划，同时输出到显示终端以便车中操作人员观察并进行进一步操作与检查。

【技术实现步骤摘要】
基于嵌入式设备的多线激光雷达障碍物检测系统及方法
本专利技术涉及无人驾驶汽车
，具体地，涉及一种基于嵌入式设备的多线激光雷达的障碍物检测系统及方法。
技术介绍
近年来，无人驾驶汽车的研究吸引了众多学者和公司的目光，目前仍是一个难度很大的课题。其中，对周边环境的感知是无人驾驶汽车研究领域非常重要的研究内容。多线激光雷达能够获取丰富的环境信息，是理想的障碍物检测传感器之一。根据测距方式不同，激光雷达可以分为脉冲式激光雷达，相位式激光雷达以及三角式激光雷达。它们大部分是通过激光发射机发射激光，然后进入光学发射系统将激光发射出去，遇到障碍物后，激光经过漫反射返回部分能量，再分别进入光学接收系统，即激光接收机，最后进入信号处理系统进行数据处理，用户或者执行避障的计算机系统最终通过数据输出接口获取数据。在算法方面，已有很多成熟的障碍物检测算法，但目前绝大多数的系统实现都是基于通用式计算机系统的，没有基于嵌入式设备的。嵌入式设备通常是面向特定任务的，不同于一般通用PC计算机平台，是“专用”的计算机系统。由于其“专用”特性，相比通用计算机平台，嵌入式设备具有可靠性强，成本低，体积小，集成度高等诸多优点。考虑到如果未来无人驾驶车辆普及，显然利用嵌入式设备实现障碍物检测更有优势。最近几年，不论是激光雷达技术还是嵌入式设备，都进行着长足的发展。多线激光雷达成本越来越低，体积越来越小，可以获取更加丰富的环境信息，生成周边环境的点云数据。而嵌入式技术和设备业已全面展开，不仅有各大公司微处理器芯片，还有用于学习和研发的各种配套开发包，嵌入式操作系统等。嵌入式操作系统和硬件平台经过多年来的研究，已经相当成熟，能够实现各种功能。因此基于嵌入式设备的多线激光雷达障碍物检测系统在无人驾驶领域会有非常广阔的应用前景。但是，如果将现有的嵌入式设备和多线激光雷达技术直接结合，并应用于无人驾驶领域，通常存在如下技术难题：基于多线激光雷达的现有检测算法处理数据量大，需要处理设备具有强大的运算能力，而现有的嵌入式设备与通用式计算机相比软、硬件设计差异大，且运算能力不能满足现有检测算法需求，无法满足障碍物检测的有效性与实时性要求。因此，如何实现基于嵌入式设备的多线激光雷达障碍物检测系统，并应用于无人驾驶领域，目前没有发现相关技术的说明或报道，也尚未收集到国内外相关技术的资料
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种不依赖于障碍物形式、可靠性高、成本低的安装于智能车上的基于嵌入式设备的多线激光雷达障碍物检测系统以及利用上述系统实现的障碍物检测方法。其中，障碍物检测方法是一种利用多线激光雷达获取障碍物的点云数据的方法，该方法解决了基于计算机视觉的智能车障碍物检测系统的环境适应能力差、抗干扰能力不强的问题，利用嵌入式设备处理障碍物点云数据的方法解决了目前智能车障碍物检测系统成本过高的问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的。根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于嵌入式设备的多线激光雷达障碍物检测系统，应用于智能车障碍物检测，包括：数据采集子系统和数据处理子系统，所述数据采集子系统与所述数据处理子系统之间采用有线或无线的连接方式；其中：所述数据采集子系统包括三维点云数据采集模块，所述三维点云数据采集模块实时获取多线激光雷达原始数据，并将获取的多线激光雷达原始数据发送到数据处理子系统；所述数据处理子系统包括数据处理模块和数据传输模块，所述数据处理模块实时对三维点云数据采集模块输出的多线激光雷达原始数据进行处理，获取实时的三维点云数据、障碍物信息以及车辆与障碍物之间的相对位置数据，并将三维点云数据、障碍物信息以及车辆与障碍物之间的相对位置数据传输给数据传输模块，并通过所述数据传输模块进一步输出。优选地，所述的三维点云数据采集模块包括一台或多台多线激光雷达，所述多线激光雷达实时采集激光点的距离信息，形成多线激光雷达原始数据。优选地，所述多线激光雷达以一定频率和相位发出和接收激光束，通过发射和接收到激光束的时间差计算出激光束探测到的点离多线激光雷达的距离值。优选地，所述数据处理模块基于嵌入式设备，并实时对三维点云数据采集模块输出的多线激光雷达原始数据进行处理，将多线激光雷达原始数据转化为三维点云数据，在三维点云数据中检测出障碍物，得到障碍物信息，并计算出车辆与障碍物之间的相对位置数据。优选地，所述数据传输模块将三维点云数据、障碍物信息以及车辆与障碍物之间的相对位置数据通过有线或无线方式进一步输出至智能车后续系统，用于智能车后续系统进行避障及路径规划，和/或，进一步输出至智能车显示终端，用于车中操作人员观察并进行车辆操作与检查。根据本专利技术的第二个方面，提供了一种利用上述基于嵌入式设备的多线激光雷达障碍物检测系统实现的障碍物检测方法，包括如下步骤：S1：三维点云数据采集模块实时获取多线激光雷达原始数据；S2：三维点云数据采集模块通过有线或者无线的传输方式将S1中获取的多线激光雷达原始数据发送到数据处理模块；S3：数据处理模块实时地将S2中三维点云数据采集模块获取的多线激光雷达原始数据转化为三维点云数据，在三维点云数据中检测出障碍物，得到障碍物信息，并计算出车辆与障碍物之间的相对位置数据，通过有线或者无线的方式分别将三维点云数据、障碍物信息以及车辆与障碍物之间的相对位置数据传输给数据传输模块；S4：数据传输模块实时地将S3中数据处理模块处理得到的三维点云数据、障碍物信息以及车辆与障碍物相对位置数据通过有线或者无线的方式进一步输出。优选地，所述S3中，在三维点云数据中检测出障碍物，得到障碍物信息，并计算出车辆与障碍物之间的相对位置数据，具体为：通过三维点云数据对地平面进行提取，首先统计多线激光雷达返回的数值，即前方激光反射点与车辆的相对位置数据；之后对障碍物进行标记；然后计算车辆与检测出的障碍物之间的相对位置。优选地，，对障碍物进行标记，采用如下任意一种方法：-设定高度阈值，将高于高度阈值的目标记为障碍物；-利用统计学信息通过方差跳变点判断障碍物边缘，标记障碍物。优选地，所述S4，具体为：所述数据传输模块将三维点云数据、障碍物信息以及车辆与障碍物之间的相对位置数据通过有线或无线方式进一步输出至智能车后续系统，用于智能车后续系统进行避障及路径规划，和/或，进一步输出至智能车显示终端，用于车中操作人员观察并进行车辆操作与检查。优选地，还包括如下步骤：S5：重复S1到S4，进行数据的实时更新，从而实现智能车障碍物检测的整个过程。本专利技术设计并实现了一种基于嵌入式设备的多线激光雷达障碍物检测系统及方法，首先通过数据采集子系统对激光雷达点云数据进行采集，数据采集子系统包括三维点云数据采集模块，三维点云数据采集模块为多线激光雷达，多线激光雷达实现障碍物点云数据的采集功能；再通过基于嵌入式设备的数据处理子系统对采集的点云数据进行处理与传输，数据处理子系统包括数据处理模块和数据传输模块，数据处理子系统由高性能嵌入式设备来实现数据处理和数据传输功能，所有的障碍物检测算法和检测结果均在嵌入式设备上得以实现。本专利技术通过点云数据采集子系统采集车辆前方激光雷达数据，经过数据处理子系统处理，通过有线或者无线的方式将三维点云数据、障碍物信息和车辆与障碍物相对位置数据通过有线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于嵌入式设备的多线激光雷达障碍物检测系统，应用于智能车障碍物检测，其特征在于，包括：数据采集子系统和数据处理子系统；其中：所述数据采集子系统包括三维点云数据采集模块，所述三维点云数据采集模块实时获取多线激光雷达原始数据，并将获取的多线激光雷达原始数据发送到数据处理子系统；所述数据处理子系统包括数据处理模块和数据传输模块，所述数据处理模块实时对三维点云数据采集模块输出的多线激光雷达原始数据进行处理，获取实时的三维点云数据、障碍物信息以及车辆与障碍物之间的相对位置数据，并将三维点云数据、障碍物信息以及车辆与障碍物之间的相对位置数据传输给数据传输模块，并通过所述数据传输模块进一步输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于嵌入式设备的多线激光雷达障碍物检测系统，应用于智能车障碍物检测，其特征在于，包括：数据采集子系统和数据处理子系统；其中：所述数据采集子系统包括三维点云数据采集模块，所述三维点云数据采集模块实时获取多线激光雷达原始数据，并将获取的多线激光雷达原始数据发送到数据处理子系统；所述数据处理子系统包括数据处理模块和数据传输模块，所述数据处理模块实时对三维点云数据采集模块输出的多线激光雷达原始数据进行处理，获取实时的三维点云数据、障碍物信息以及车辆与障碍物之间的相对位置数据，并将三维点云数据、障碍物信息以及车辆与障碍物之间的相对位置数据传输给数据传输模块，并通过所述数据传输模块进一步输出。2.根据权利要求1所述的基于嵌入式设备的多线激光雷达障碍物检测系统，其特征在于，所述的三维点云数据采集模块包括一台或多台多线激光雷达，所述多线激光雷达实时采集激光点的距离信息，形成多线激光雷达原始数据。3.根据权利要求2所述的一种基于嵌入式设备的多线激光雷达障碍物检测系统，其特征在于，所述多线激光雷达以一定频率和相位发出和接收激光束，通过发射和接收到激光束的时间差计算出激光束探测到的点离多线激光雷达的距离值。4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于嵌入式设备的多线激光雷达障碍物检测系统，其特征在于，所述数据处理模块基于嵌入式设备，并实时对三维点云数据采集模块输出的多线激光雷达原始数据进行处理，将多线激光雷达原始数据转化为三维点云数据，在三维点云数据中检测出障碍物，得到障碍物信息，并计算出车辆与障碍物之间的相对位置数据。5.根据权利要求4所述的基于嵌入式设备的多线激光雷达障碍物检测系统，其特征在于，所述数据传输模块将三维点云数据、障碍物信息以及车辆与障碍物之间的相对位置数据进一步输出至智能车后续系统，用于智能车后续系统进行避障及路径规划，和/或，进一步输出至智能车显示终端，用于车中操作人员观察并进行车辆操作与检查。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明，范嗣祺，袁伟，闻硕，唐恺辰，彭铭燃，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31