基于激光雷达的封闭道路路沿和可行驶区域检测方法技术

本发明专利技术提供一种基于激光雷达的封闭道路路沿和可行驶区域检测方法，包括：获取激光雷达检测点云数据；基于体素方格分组检测点云数据；体素方格是分割设定的检测空间得到的；组合体素方格在地表平面上投影形成的栅格作为栅格图，并根据体素方格内检测点云数据的高度分布，二值化标记栅格图；根据二值化标记的栅格图，确定路沿和可行驶区域。本发明专利技术通过体素方格分组检测点云数据，使得每个体素方格内的点云数据能够分别并行进行后续运算，提升了路沿和可行驶区域检测的运算效率；同时，基于体素方格内检测点云数据的高度分布进行二值化标记，并通过二值化标记的栅格图确定路沿和可行驶区域，进一步简化了运算步骤，降低了计算资源的需求。资源的需求。资源的需求。

【技术实现步骤摘要】
基于激光雷达的封闭道路路沿和可行驶区域检测方法


[0001]本专利技术涉及自动驾驶
，尤其涉及一种基于激光雷达的封闭道路路沿和可行驶区域检测方法。

技术介绍

[0002]一直以来，道路检测都被认为是自动驾驶领域的关键技术，并吸引了广大研究者的关注。然而，仅基于道路检测的自动驾驶决策可能仍无法处理一些紧急情况。事实上，在驾驶汽车时，人类驾驶员通过将障碍物与非障碍物分类来理解情景，而不仅仅是识别道路。对于自动驾驶而言，检测这种“平坦区域”而不是检测道路区域，可以为决策过程提供更全面的知识，使自动驾驶车辆行为更接近人类驾驶员。
[0003]目前，主流的可行驶区域检测方法是基于二维RGB图像进行可行驶区域的语义分割，三维可行驶区域的检测结果需要通过图像深度估计任务的结果，加由相机标定参数将2D的像素转换到3D点云，并做后处理得到。
[0004]3D可行驶区域相比2D可行驶区域对自动驾驶的规划控制更具实际意义。尽管现有方法对可行驶区域做2D语义分割技术成熟且准确率高，但要依赖深度估计和相机标定参数才能转换到真实世界的3D坐标系，其中积累的误差使得得到的3D可行驶区域并不准确。并且如要获得360度的可行驶区域可能需要多组相机结果进行后融合，后处理复杂，耗时高。
[0005]为了解决这些问题，现有技术提出了一些基于机械旋转式激光雷达点云的扫描线上的特征做筛选，并对点云做聚类处理，从而得到路沿检测结果的方法。
[0006]但随着低成本固态激光雷达的普及，现有的基于机械旋转式的激光雷达的路沿检测算法的效率面临着极大的挑战。固态激光雷达产生的点云比以往机械旋转式激光雷达更稠密，且没有环式扫描线的特征，从而导致现有的基于旋转扫描线的算法失效，且对稠密点云做聚类算法运算所需的运算资源高、运算速度慢。
[0007]因此，提供一种适应固态激光雷达稠密点云的、更快速高效的路沿和可行驶区域检测方法具有较高的必要性和实用价值。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种基于激光雷达的封闭道路路沿和可行驶区域检测方法，用以解决现有技术中针对稠密点云聚类所需运算资源高、运算速度慢的缺陷，实现高效、准确的沿和可行驶区域检测。
[0009]本专利技术提供一种基于激光雷达的封闭道路路沿和可行驶区域检测方法，包括：
[0010]获取激光雷达检测点云数据；
[0011]基于体素方格分组所述检测点云数据；所述体素方格是分割设定的检测空间得到的；
[0012]组合所述体素方格在地表平面上投影形成的栅格作为栅格图，并根据所述体素方格内检测点云数据的高度分布，二值化标记所述栅格图；
[0013]根据二值化标记的所述栅格图，确定路沿和可行驶区域。
[0014]根据本专利技术提供的一种基于激光雷达的封闭道路路沿和可行驶区域检测方法，所述根据二值化标记的所述栅格图，确定路沿和可行驶区域的步骤包括：
[0015]根据所述栅格图中设定的端点区域，确定路沿端点；
[0016]自所述路沿端点起，移动在所述栅格图中建立的路沿滑窗，并根据所述路沿滑窗内栅格的二值化标记值确定路沿；
[0017]根据所述路沿确定可行驶区域。
[0018]根据本专利技术提供的一种基于激光雷达的封闭道路路沿和可行驶区域检测方法，所述根据所述栅格图中设定的端点区域，确定路沿端点的步骤包括：
[0019]以当前车辆为原点、当前车辆的前进方向为y轴在所述栅格图上建立二维笛卡尔坐标系，并针对所述栅格图的设定部分，建立端点函数；所述端点函数的取值为x坐标相同的所述栅格的二值化标记值的和；
[0020]根据所述端点函数，确定第一位置和第二位置为路沿端点；
[0021]所述第一位置的坐标为(x1，0)，x1为x轴正半轴中，所述端点函数的极值对应的x坐标集合中的最小值；
[0022]所述第二位置的坐标为(x2，0)，x2为x轴负半轴中，所述端点函数的极值对应的x坐标集合中的最大值。
[0023]根据本专利技术提供的一种基于激光雷达的封闭道路路沿和可行驶区域检测方法，所述自所述路沿端点起，移动在所述栅格图中建立的路沿滑窗，并根据所述路沿滑窗内栅格的二值化标记值确定路沿的步骤包括：
[0024]在所述栅格图中建立矩形路沿滑窗，并将所述路沿滑窗的位置设置为路沿滑窗中心点的x坐标与所述路沿端点的x坐标相同的位置；
[0025]根据所述路沿滑窗中各栅格的二值化标记值更新所述路沿滑窗的位置，并将更新位置后的所述路沿滑窗的中心点添加至路沿点集合；
[0026]根据更新位置后的所述路沿滑窗中各栅格的二值化标记值确定路沿延伸方向，并根据所述路沿延伸方向移动所述路沿滑窗；
[0027]返回所述根据所述路沿滑窗中各栅格的二值化标记值更新所述路沿滑窗的位置，并将更新位置后的所述路沿滑窗的中心点添加至路沿点集合的步骤，直至满足设定的停止条件；
[0028]根据路沿点集合拟合确定路沿。
[0029]根据本专利技术提供的一种基于激光雷达的封闭道路路沿和可行驶区域检测方法，所述根据所述路沿确定可行驶区域的步骤包括：
[0030]以两条所述路沿为界，将所述栅格图分割为三个部分，并将当前车辆所在的部分记为道路区域；
[0031]将所述道路区域中，排除障碍区域的部分确定为可行驶区域；
[0032]所述障碍区域为第一区域中，排除第二区域的部分；所述第一区域为所述栅格图中，障碍切线与路沿合围形成的；所述第二区域为所述栅格图中，障碍切线与障碍轮廓合围形成的；
[0033]所述障碍切线为经过当前车辆所在位置的，障碍曲线的切线；所述障碍曲线为障
碍投影点组合形成的一条或多条曲线；所述障碍投影点为检测点云数据在地表平面上的投影点中，位于所述道路区域内的部分；
[0034]所述障碍轮廓为所述障碍曲线被两个障碍切点分割形成的两个部分中，临近当前车辆所在位置的部分；所述障碍切点为所述障碍切线与所述障碍曲线的切点。
[0035]根据本专利技术提供的一种基于激光雷达的封闭道路路沿和可行驶区域检测方法，所述根据所述体素方格内检测点云数据的高度分布，二值化标记所述栅格图的步骤包括：
[0036]计算所述体素方格内检测点云数据的高度方差和三维表面曲率；
[0037]若所述体素方格内检测点云数据的高度方差大于设定的方差阈值，且所述体素方格内检测点云数据的三维表面曲率大于设定的曲率阈值，则将所述体素方格在地表平面上投影形成的栅格标记为1；
[0038]若所述体素方格内检测点云数据的高度方差不大于设定的方差阈值，或者所述体素方格内检测点云数据的三维表面曲率不大于设定的曲率阈值，则将所述体素方格在地表平面上投影形成的栅格标记为0。
[0039]根据本专利技术提供的一种基于激光雷达的封闭道路路沿和可行驶区域检测方法，所述三维表面曲率σ满足：
[0040][0041]式中，λ0、λ1、λ2为协方差矩阵C的三个特征向量，且λ0<λ1&am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封闭道路路沿和可行驶区域检测方法，其特征在于，包括：获取激光雷达检测点云数据；基于体素方格分组所述检测点云数据；所述体素方格是分割设定的检测空间得到的；组合所述体素方格在地表平面上投影形成的栅格作为栅格图，并根据所述体素方格内检测点云数据的高度分布，二值化标记所述栅格图；根据二值化标记的所述栅格图，确定路沿和可行驶区域。2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的封闭道路路沿和可行驶区域检测方法，其特征在于，所述根据二值化标记的所述栅格图，确定路沿和可行驶区域的步骤包括：根据所述栅格图中设定的端点区域，确定路沿端点；自所述路沿端点起，移动在所述栅格图中建立的路沿滑窗，并根据所述路沿滑窗内栅格的二值化标记值确定路沿；根据所述路沿确定可行驶区域。3.根据权利要求2所述的基于激光雷达的封闭道路路沿和可行驶区域检测方法，其特征在于，所述根据所述栅格图中设定的端点区域，确定路沿端点的步骤包括：以当前车辆为原点、当前车辆的前进方向为y轴在所述栅格图上建立二维笛卡尔坐标系，并针对所述栅格图的设定部分，建立端点函数；所述端点函数的取值为x坐标相同的所述栅格的二值化标记值的和；根据所述端点函数，确定第一位置和第二位置为路沿端点；所述第一位置的坐标为(x1，0)，x1为x轴正半轴中，所述端点函数的极值对应的x坐标集合中的最小值；所述第二位置的坐标为(x2，0)，x2为x轴负半轴中，所述端点函数的极值对应的x坐标集合中的最大值。4.根据权利要求3所述的基于激光雷达的封闭道路路沿和可行驶区域检测方法，其特征在于，所述自所述路沿端点起，移动在所述栅格图中建立的路沿滑窗，并根据所述路沿滑窗内栅格的二值化标记值确定路沿的步骤包括：在所述栅格图中建立矩形路沿滑窗，并将所述路沿滑窗的位置设置为路沿滑窗中心点的x坐标与所述路沿端点的x坐标相同的位置；根据所述路沿滑窗中各栅格的二值化标记值更新所述路沿滑窗的位置，并将更新位置后的所述路沿滑窗的中心点添加至路沿点集合；根据更新位置后的所述路沿滑窗中各栅格的二值化标记值确定路沿延伸方向，并根据所述路沿延伸方向移动所述路沿滑窗；返回所述根据所述路沿滑窗中各栅格的二值化标记值更新所述路沿滑窗的位置，并将更新位置后的所述路沿滑窗的中心点添加至路沿点集合的步骤，直至满足设定的停止条件；根据路沿点集合拟合确定路沿。5.根据权利要求2所述的基于激光雷达的封闭道路路沿和可行驶区域检测方法，其特征在于，所述根据所述路沿确定可行驶区域的步骤包括：以两条所述路沿为界，将所述栅格图分割为三个部分，并将当前车辆所在的部分记为道路区域；
将所述道路区域中，排除障碍区域的部分确定为可行驶区域；所述障碍区域为第一区域中，排除第二区域的部分；所述第一区域为所述栅格图中，障碍切线与路沿合围形成的；所述第二区域为所述栅格图中，障碍切线与障碍轮廓合围形成的；所述障碍切线为经过当前车辆所在位置的，障碍曲线的切线；所述障碍曲线为障碍投影点组合形成的一条或多条曲线；所述障碍投影点为检测点云数据在地表平面上的投影点中，位于所述道路区域内的部分；所述障碍轮廓为所述障碍曲线被两个障碍切点分割形成的两个部分中，临近当前车辆所在位置的部分；所述障碍切点为所述障碍切线与所述障碍曲线的切点。6.根据权利要求1所述的基于激光雷达的封闭道路路沿和可行驶区域检测方法，其特征在于，所述根据所述体素方格内检测点云数据的高度分布，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩泽熙，刘荣煌，程新景，
申请(专利权)人：际络科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：