本发明专利技术属于自动驾驶技术领域，具体涉及一种用于自动驾驶方向的主动激光雷达盲区探测系统及方法，其中用于自动驾驶方向的主动激光雷达盲区探测系统包括：光源，所述光源适于发射激光以照射车辆行驶方向上的环境；仿生扇贝眼光学成像子系统，所述仿生扇贝眼光学成像子系统适于接收环境经过照射后反射的散射光，并根据散射光识别并生成被遮挡物体的图像，实现了自动驾驶车辆在行驶时能提前探测到前方及周围区域潜在危险，提升车辆的安全性，保护了那些无保护措施的道路使用者和公共设施。那些无保护措施的道路使用者和公共设施。那些无保护措施的道路使用者和公共设施。
【技术实现步骤摘要】
用于自动驾驶方向的主动激光雷达盲区探测系统及方法
[0001]本专利技术属于自动驾驶
，具体涉及一种用于自动驾驶方向的主动激光雷达盲区探测系统及方法。
技术介绍
[0002]以非视距隐藏物的图像成像和运动趋势预判为目标，紧密围绕提高远距离、实时潜在危险探测性能，通过理论分析、计算机模拟与实验相结合的方式进行。按照仿生学研究的三个阶段：生物学原型研究阶段、理论模型研究阶段和硬件模型研究阶段来开展课题的研究。首先，运用仪器设备对仿生对象扇贝眼睛的特殊生理结构进行量化测量，得到眼睛内部几何尺寸、银膜厚度、视网膜感光细胞分布等结构参数的实验数据，开展生物视觉成像特性机理研究。其次，结合相关数据资料对扇贝眼进行虚拟样机重建与仿真分析，设计多层微纳米反射仿生结构和MEMS制造工艺，建立变曲率调控与双视场离轴变焦距反射成像调控方法，应用基于散斑相关法的隐藏物图像重建与运动趋势预测算法。最后，进行软硬件系统集成，研制出新型防扇贝眼非视距探测装置，建立性能测试平台，通过不断实验进行装置结构优化和性能提升。
[0003]自动驾驶车辆在行驶时能提前探测到前方及周围区域潜在危险非常重要，不仅可提升车辆的安全性，也保护了那些无保护措施的道路使用者和公共设施。
[0004]因此，基于上述技术问题需要设计一种新的用于自动驾驶方向的主动激光雷达盲区探测系统及方法。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种用于自动驾驶方向的主动激光雷达盲区探测系统及方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于自动驾驶方向的主动激光雷达盲区探测系统，包括：
[0007]光源，所述光源适于发射激光以照射车辆行驶方向上的环境；
[0008]仿生扇贝眼光学成像子系统，所述仿生扇贝眼光学成像子系统适于接收环境经过照射后反射的散射光，并根据散射光识别并生成被遮挡物体的图像。
[0009]进一步，所述仿生扇贝眼光学成像子系统包括：双视场离轴成像光路；
[0010]所述双视场离轴成像光路适于接收环境经过照射后反射的散射光。
[0011]进一步，所述双视场离轴成像光路包括：广角物镜、第一平面反射镜、第一仿生MEMS变形反射镜和第一CCD；
[0012]车辆行驶方向上的环境中中央视野光束通过广角物镜汇聚后到达第一平面反射镜，通过第一平面反射镜汇集到第一仿生MEMS变形反射镜，通过第一仿生MEMS变形反射镜进行入射光波长过滤后在第一CCD上形成散斑图案。
[0013]进一步，所述双视场离轴成像光路还包括：准直透镜、第二平面反射镜、凸面镜、第
二仿生MEMS变形反射镜和第二CCD；
[0014]车辆行驶方向上的环境中周边视野光束通过广角物镜汇聚后到准直透镜准直，平行光束经过第二平面反射镜、凸面镜、第二平面反射镜构成的离轴三反成像系统，由第二仿生MEMS变形反射镜完成入射光波长过滤和可控变曲率变焦功能，最后光束汇聚到第二CCD上形成环状散斑图案。
[0015]进一步，所述仿生MEMS变形反射镜包括：微控制器、若干微镜单元和若干平行板驱动器；
[0016]所述微镜单元由至少一个平行板驱动器独立控制；
[0017]所述微控制器适于控制所述平行板驱动器带动对应的微镜单元形变，以使仿生MEMS变形反射镜整体产生局部受控变形以达到所需镜面面形；
[0018]所述微控制器适于接收上位机发送的控制信号，数字电压信号经过D/A转换器后变为模拟电压信号，微控制器将控制信号通过译码器转化为通道选择信号，控制对应的放大器通道接通，使模拟电压信号经放大后施加给对应的微镜阵列。
[0019]进一步，所述平行板驱动器为平行板电容器，则平行板驱动器的电压与位移的关系为：
[0020]E为两极板间的电场强度；V为两极板间的电势差；d为两极板间的距离； Q为极板上的总电荷量；C为平行板驱动器的电容；A为极板的面积；k为弹性结构的等效弹性系数；
[0021]当上极板不固定，在静电力作用下平板在垂直方向上有一微小位移
△
z，静电力Fe对平板做的功为Fe
△
z，根据能量守恒定律，平行板能量的变化等于静电力做的功和电源提供的能量之和：
[0022][0023][0024]向平行板驱动器施加一个电压时，上极板在静电力Fe与弹性力Fk相互作用下运动距离后达到平衡位置，则根据虎克定律有：
[0025][0026]平行板驱动器的实际工作的电压和位移关系为：
[0027][0028]获取平行板驱动器的电压与位移曲线，以通过调整电压调整平行板驱动器的位移，精确获取所需镜面面形。
[0029]进一步，所述主动激光雷达盲区探测系统还包括：上位机；
[0030]所述上位机适于接收仿生扇贝眼光学成像子系统发送的散斑图案，以根据散斑图案获取被遮挡物体的图像，即
[0031]CNN数据准备：
[0032]构建图像训练数据集，通过散斑图案中的散粒噪声统计分布规律，通过开源图像训练数据集形成对应散斑图案，并添加随机散粒噪声，从而合成所需的训练数据集；
[0033]构建损失函数，通过SoftMax层来产生一对相互补充的通道以分别表示对象和背景，并通过平均交叉熵作为损失函数，以促进稀疏性，则损失函数为：
[0034][0035]其中，g为分割金标准像素值；p为预测值；平均值在两个通道c上的所有N像素x上；g和p均采用二进制或连续值；
[0036]数据预处理，裁剪部分输出散斑图像，所有输入和输出图像分辨率统一设为预设像素，根据模型在散斑图中加入模拟随机噪声，以及散斑图像在0和1 之间进行归一化处理；
[0037]CNN架构实现：
[0038]根据U
‑
net总体结构，包含一个左侧编码器压缩路径和一个右侧解码器扩展路径；
[0039]编码器压缩路径包括4个block，每个block都使用了一个3
×
3卷积、一个密集连接操作以及一个步长为2的2
×
2最大池化层下采样；
[0040]初始图像通过下采样操作以缩小图像尺寸，每次下采样后都加倍特征通道数量，最终编码器输出具有较小尺寸16
×
16像素的高维编码特征图；
[0041]解码器扩展路径包括4个block，每个block都使用了一个3
×
3卷积、一个密集连接操作以及一个步长为2的2
×
2反卷积进行上采样；
[0042]低分辨率高维特征图通过4个步长为2的2
×
2反卷积向上采样操作，每一步反卷积操作时将输入特征图尺寸增大两倍和特征图数量减半，通过跳跃连接将来自对应压缩路径裁剪后的特征图进行串联拼接，直到最后恢复出输入图像的尺寸；
[0043]使用一个1
×
1附加卷积层产生最终网络输出，完成双通道散斑图案原始图像恢复成像，生成被遮挡物体的图像。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于自动驾驶方向的主动激光雷达盲区探测系统，其特征在于，包括：光源，所述光源适于发射激光以照射车辆行驶方向上的环境；仿生扇贝眼光学成像子系统，所述仿生扇贝眼光学成像子系统适于接收环境经过照射后反射的散射光，并根据散射光识别并生成被遮挡物体的图像。2.如权利要求1所述的用于自动驾驶方向的主动激光雷达盲区探测系统，其特征在于，所述仿生扇贝眼光学成像子系统包括：双视场离轴成像光路；所述双视场离轴成像光路适于接收环境经过照射后反射的散射光。3.如权利要求2所述的用于自动驾驶方向的主动激光雷达盲区探测系统，其特征在于，所述双视场离轴成像光路包括：广角物镜、第一平面反射镜、第一仿生MEMS变形反射镜和第一CCD；车辆行驶方向上的环境中中央视野光束通过广角物镜汇聚后到达第一平面反射镜，通过第一平面反射镜汇集到第一仿生MEMS变形反射镜，通过第一仿生MEMS变形反射镜进行入射光波长过滤后在第一CCD上形成散斑图案。4.如权利要求3所述的用于自动驾驶方向的主动激光雷达盲区探测系统，其特征在于，所述双视场离轴成像光路还包括：准直透镜、第二平面反射镜、凸面镜、第二仿生MEMS变形反射镜和第二CCD；车辆行驶方向上的环境中周边视野光束通过广角物镜汇聚后到准直透镜准直，平行光束经过第二平面反射镜、凸面镜、第二平面反射镜构成的离轴三反成像系统，由第二仿生MEMS变形反射镜完成入射光波长过滤和可控变曲率变焦功能，最后光束汇聚到第二CCD上形成环状散斑图案。5.如权利要求4所述的用于自动驾驶方向的主动激光雷达盲区探测系统，其特征在于，所述仿生MEMS变形反射镜包括：微控制器、若干微镜单元和若干平行板驱动器；所述微镜单元由至少一个平行板驱动器独立控制；所述微控制器适于控制所述平行板驱动器带动对应的微镜单元形变，以使仿生MEMS变形反射镜整体产生局部受控变形以达到所需镜面面形；所述微控制器适于接收上位机发送的控制信号，数字电压信号经过D/A转换器后变为模拟电压信号，微控制器将控制信号通过译码器转化为通道选择信号，控制对应的放大器通道接通，使模拟电压信号经放大后施加给对应的微镜阵列。6.如权利要求5所述的用于自动驾驶方向的主动激光雷达盲区探测系统，其特征在于，所述平行板驱动器为平行板电容器，则平行板驱动器的电压与位移的关系为：E为两极板间的电场强度；V为两极板间的电势差；d为两极板间的距离；Q为极板上的总电荷量；C为平行板驱动器的电容；A为极板的面积；k为弹性结构的等效弹性系数；当上极板不固定，在静电力作用下平板在垂直方向上有一微小位移
△
z，静电力Fe对平板做的功为Fe
△
z，根据能量守恒定律，平行板能量的变化等于静电力做的功和电源提供的能量之和：
向平行板驱动器施加一个电压时，上极板在静电力Fe与弹性力Fk相互作用下运动距离后...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋小波，
申请(专利权)人：宋小波，
类型：发明
国别省市：
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