一种基于激光雷达的水面障碍物检测与多目标跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光雷达的水面障碍物检测与多目标跟踪方法，属于无人艇水面环境感知与理解领域。包括：步骤1，获取当前激光雷达扫描到的水面环境点云数据；步骤2，对步骤1获取到的点云数据进行坐标系变换，并映射为前视图投影栅格图；步骤3，在前视图投影栅格图上进行聚类分割并筛选，得到当前帧目标集合，实现多目标检测；步骤4，在前视图投影栅格图上将当前帧目标集合与上一帧目标集合进行目标匹配，实现多目标跟踪。本发明专利技术的基于激光雷达的水面障碍物检测与多目标跟踪方法，能够有效解决目标遮挡、新目标出现、旧目标消失等难点问题，提升了多目标检测的准确性，并且满足实时运算的需求，能够降低虚警率。能够降低虚警率。能够降低虚警率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光雷达的水面障碍物检测与多目标跟踪方法


[0001]本专利技术属于无人艇水面环境感知与理解领域，更具体地，涉及一种基于激光雷达的水面障碍物检测与多目标跟踪方法。

技术介绍

[0002]无人艇作为一种新型水面无人操作设备，具有全天候、全天时、长续航的优点，在许多领域都有着十分广泛的应用。如军事上可遂行侦察警戒、扫雷突击等任务；民用领域可进行海上救援、垃圾清扫等；科研领域可进行水质监测、鱼群探查等。目前，无人艇的相关研究正受到越来越多的关注。
[0003]海上环境复杂多变，无人艇遂行自主航行任务，需要对水面障碍物进行精准检测和稳定跟踪，以进行有效避障和作业。目前无人艇对水面目标的探测手段主要是光电成像式和激光雷达扫描式两种。光电成像式通常采用价格相对较低的摄像头，采集周围环境可见光波段或红外波段的图像信息，去除海天背景，提取出水面目标进行检测和跟踪。光学成像实质是真实三维世界在二维成像平面上的投影，投影图像缺少距离信息，无法判断目标远近和大小，难以分割水面目标和海天背景，检测和识别的可靠性不足；同时，光电成像设备易受到光照、天气等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达的水面障碍物检测与多目标跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取当前激光雷达扫描到的水面环境点云数据；步骤2，对步骤1获取到的点云数据进行坐标系变换，并映射为前视图投影栅格图；步骤3，在前视图投影栅格图上进行聚类分割并筛选，得到当前帧目标集合，实现多目标检测；步骤4，在前视图投影栅格图上将当前帧目标集合与上一帧目标集合进行目标匹配，实现多目标跟踪。2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的水面障碍物检测与多目标跟踪方法，其特征在于，步骤4中，目标匹配具体如下：(1)在投影栅格图上，确定当前帧目标集合中每个目标和上一帧目标集合中每个目标的栅格数重合度：若当前帧的多个目标与上一帧的某个目标的栅格数重合度都大于设定的阈值，则说明上一帧的该目标在当前帧被遮挡为多个目标，则合并当前帧的多个目标为一个目标；若上一帧的多个目标与当前帧的某个目标的栅格数重合度都大于设定的阈值，则说明该目标在上一帧因遮挡而被检测为了多个目标，且在当前帧遮挡已消失，重新聚合为一个目标，则合并上一帧的多个目标为一个目标；(2)对经步骤(1)关联筛选、消除目标遮挡后的前后帧目标集合中的目标建立一对一匹配关系：将上一帧目标集合中的任意目标与当前帧目标集合中的任意目标组成目标对；确定目标对在栅格图上的重合比例；根据重合比例建立前后帧目标之间的匹配关系，实现多目标跟踪；(3)对步骤(2)上一帧目标集合中未匹配到的目标，判定该目标已离开激光雷达视场，结束对该目标的跟踪；对当前帧目标集合中未匹配到的目标，判定该目标为新进入激光雷达视场的目标，开启对该目标的跟踪。3.根据权利要求2所述的一种基于激光雷达的水面障碍物检测与多目标跟踪方法，其特征在于，在步骤(2)中，通过对前后帧目标集合中的目标构建带权二分图，以栅格数交并比指标作为目标对的权重，确定目标对在栅格图上的重合比例。4.根据权利要求3所述的一种基于激光雷达的水面障碍物检测与多目标跟踪方法，其特征在于，通过阈值法对栅格数交并比指标进行筛选，剔除权重过小的目标对。5.根据权利要求4所述的一种基于激光雷达的水面障碍物检测与多目标跟踪方法，其特征在于，在步骤(1)中，栅格数重合度的阈值为95％。6.根据权利要求5所述的一种基于激光雷达的水面障碍物检测与多目标跟踪方法，其特征在于，步骤4中，通过建立定长批号集的方式实现多目标跟踪，具体如下：...

【专利技术属性】
技术研发人员：马杰，丁军峰，余坤，方斌，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：