车载雷达点云的结构化道路边界提取方法

为了提高结构化道路边界检测的准确性与鲁棒性,结合非参数变点统计方法,提出了一种基于32线激光雷达三维点云的道路边界提取算法。基于结构化道路区域和非道路区域存在一定高程跳变特征,该算法利用非参数变点统计,对激光雷达扫描的道路环境三维点云数据中突变的z坐标值进行标记,并提取对应的候选道路边界点(x,y)。利用道路边界方向的最大期望(EM)聚类算法,对候选道路边界点进行聚类去噪。利用最小二乘法拟合道路边界,在不同光照条件下的校园结构化直、弯道路环境进行实车实验,统计直道1 030帧数据和弯道650帧数据。仿真结果表明:算法识别准确性较高且检测距离达18 m,耗时约28 ms,可满足智能车实时性要求。     

基于三维激光雷达的路沿检测算法

为了在多种道路环境下准确提取智能汽车前方道路路沿,提出一种基于三维激光雷达的路沿检测算法。该算法采用随机采样一致性算法(random sample consensus, RANSAC)快速分割出道路区域,滤除了大部分非地面数据,提高后续步骤的处理速度;提出一种基于无向图邻域关系的多特征、宽阈值、多层次路沿特征提取算法,通过构造多种路沿几何特征设置较宽阈值以提高路沿检测精度;采用双向扫描线搜索算法获取路沿候选点,根据路沿特征点密度和全局连续性的特点进行聚类分析并去除噪声,用二次曲线拟合道路路沿。结果表明,该算法能够在车辆、行人和障碍物遮挡的情况下有效识别结构化直、弯道路路沿,算法准确率均高于86%,且检测道路宽度误差小于0.19m,验证了算法的鲁棒性和准确性。     

基于激光雷达点云密度特征的智能车障碍物检测与跟踪

现有的基于点云数据的车载三维激光雷达障碍物检测和跟踪存在实时性差、准确率不高以及场景内障碍物数目增多时难以有效关联等问题。针对这些不足,文章提出了结合区域生长与密度聚类的算法以及同时考虑了障碍物几何特征与点云密度特征的关联方法。基于栅格地图,运用最大、最小高度图法去除背景点云数据;在得到可靠障碍栅格地图后,搜索匹配8邻域栅格属性,结合自适应阈值的密度特征进行聚类,提高了障碍物检测准确率;考虑了障碍物的点云密度特征和高度特征,提高了障碍物关联的可靠性并运用卡尔曼滤波器对动态障碍物进行了跟踪。在自行搭建的智能车平台上进行的实车实验验证了该文算法的有效性。     

一种用于激光雷达识别车道标线算法

利用点云数据空间分布特征和回波强度信息,结合局部均值变点统计方法,提出了一种用于激光雷达数据帧的车道标线识别算法。该算法首先基于车载激光雷达采集的道路周围环境点云数据中高程信息进行滤波,确定可行驶区域。然后利用局部均值变点统计对可行驶区域点云数据中的回波强度值进行标记提取,即车道标线点云数据粗提取。最后基于EM(最大期望)方法聚类,从而完整、准确地识别车道标线。实验结果表明,该算法不仅能够准确定位可行驶区域,进而可以实现车道标线的自动提取;而且有效抑制了道路周围环境对车道标线识别的干扰,验证了算法的有效性。     

基于无人机LIDAR数据多尺度特征的沥青路面病害提取方法

目的针对大范围公路路面病害监测需求,提出基于低空无人机激光雷达遥感数据和随机森林分类算法,构建沥青路面病害目标的遥感识别模型。方法首先,基于激光点云高程信息提取多尺度表面粗糙度和高斯曲率指数,以及利用激光反射强度影像提取路面和病害目标的几何特征,然后基于提取的48个多尺度统计特征利用随机森林算法建立了沥青路面坑槽与塌陷两类主要病害的识别模型。采用搭载于ScoutB1-100低空无人直升机平台的RIEGL-VUX100激光雷达扫描仪,获取了新疆石河子市与沙湾县交界处的一段县级沥青道路的激光点云数据,对所提出方法和模型进行了验证。结果本文所提出的模型可较好识别路面的塌陷与坑槽病害目标,以地面调查和目视解译结果为参照的验证精度为92.3%,Kappa系数为0.902,优于其他两种常用的机器学习分类模型,可为公路养护部门提供一种新的快速路面病害监测方法。     

基于3D激光雷达点云的车辆目标识别算法

针对结构化道路环境中智能车识别周围360°范围内的车辆目标问题,基于车载3D激光雷达采集的道路环境中车辆目标点云数据投影特征,提出识别车辆目标新算法。算法首先识别结构化道路边界,进而排除道路边界两旁障碍物的干扰和减少点云数据量;其次基于雷达点云数据扫描和分布特征,利用改进K-means算法对道路区域内点云数据聚类。最后提取聚类目标内部特征点,并通过计算特征点构成向量的夹角或模的长度准确识别车辆目标。实验验证表明,该算法有效抑制了道路边界两旁障碍物的干扰,可以准确识别结构化道路区域内的车辆目标。     

基于激光雷达与毫米波雷达融合的车辆目标检测算法

针对仅基于单一传感器的目标检测算法存在检测精度不足及基于图像与激光雷达的多传感器融合算法检测速度较慢等问题,提出一种基于激光雷达与毫米波雷达融合的车辆目标检测算法,该算法充分利用激光雷达点云的深度信息和毫米波雷达输出确定目标的优势,采用量纲一化方法对点云做预处理并利用处理后的点云生成特征图,融合毫米波雷达数据生成感兴趣区域,设计了多任务分类回归网络实现车辆目标检测.在Nuscenes大型数据集上进行训练验证.结果表明:检测精度可达60.52％,每帧点云检测耗时为35 ms,本算法能满足智能驾驶车辆对车辆目标检测的准确性和实时性要求.     

使用特征匹配的三维目标识别方法

提出了一种基于特征匹配的三维自动目标识别方法．首先使用均匀采样选择特征点和自旋图描述子提取特征,定义相似度度量并且使用最近邻方法得到初始的匹配;其次使用向量场一致性算法消除错误的匹配;最后根据算法保留的正确匹配数目进行目标识别．针对目标识别的实际应用需求,进一步研究了点云的空间分辨率、激光雷达测距误差对目标识别性能的影响,可以为激光雷达三维目标识别系统的设计提供参考．     

基于RC-DBSCAN的车道线检测研究

针对在复杂的工况下车道线检测的鲁棒性和实时性较差等问题,本文通过融合边缘检测与多颜色空间阈值分割结果,进行车道线特征点的提取.结合车道线在鸟瞰图中的位置特点,提出了基于DBSCAN二次聚类(Reclustering based on Density-Based Spatial Clustering of Application with Noise,RC-DBSCAN)的特征点聚类算法.并以簇点是否进行二次聚类和Lab空间采样簇点的平均灰度值为依据,进行车道线线型和颜色的识别.使用最小二乘法对车道线进行拟合,通过基于可信区域的卡尔曼滤波算法对拟合后的车道线进行跟踪.最后在实际道路采集的视频与公开的数据集中进行了实验.实验表明,本文算法在复杂路况下对车道线检测的鲁棒性优于传统聚类算法,实时性能够满足实际需求;在结构化道路上,对车道线类型的识别也具有很高的准确率.     

基于林地激光点云的树木胸径自动提取方法

提出了一种基于随机RANSAC模型的树木胸径自动提取算法。首先,采用布料模拟滤波（CSF）算法对林地点云数据进行滤波,获取树木、地面数据与数字地面模型（DEM）并提取树木胸径处点云,然后进行欧式距离聚类,最后基于随机random sample consensus（RANSAC）模型拟合树木模型,实现自动化的树木胸径提取。使用上海市青浦区某区域两林区样地的地面激光点云数据对该算法进行验证,与实际人工测量树木胸径的平均偏差分别为0.79cm和0.52cm。实验对比结果表明,该算法在精度与时间性能上均优于基于Hough变换的算法与基于最小二乘的算法。     

基于改进随机抽样一致的点云分割算法

随着三维点云数据模型在三维建模、测绘、智能城市以及机器视觉等领域的应用,点云数据处理也成为一个研究热点。点云分割就是将三维空间中点云通过一系列算法,将散乱的点云数据划分成更为连贯的子集的过程,可以为后续的数据分析提供数据基础。针对随机抽样一致算法(random sample consensus, RANSAC)对杂乱、无规则点云数据分割效果不佳的问题,提出一种改进的RANSAC点云分割算法。该算法通过构建Kd(K-dimensional)树,利用半径空间密度重新定义初始点的选取方式,进行多次迭代来剔除无特征点,在实现点云分割的同时可以有效去除噪声点;此外,该算法重新设定判断准则,优化面片合并,可以实现点云的精确分割。实验通过对散乱点云数据进行分割,结果表明该改进RANSAC算法的点云特征提取数据量较大,面片分割的准确性较高,是一种有效的点云分割算法。     

基于目标检测的激光雷达道路边缘检测算法

道路边缘检测是自动驾驶车辆环境感知的重要组成部分,有效地从点云数据中提取道路边缘信息,有利于进行目标检测以及可行驶区域检测。针对点云道路边缘检测问题,提出了一种考虑车辆等道路参与者对道路边缘检测带来干扰的解决方案。首先,采用地面点云分割算法,将原始点云分割成地面点云和非地面点云;其次,根据车辆等道路参与者的固有特性,采用点云聚类算法对点云进行聚类,并将符合车辆等道路参与者特性的非地面点云进行滤除;再次,根据道路边缘点云在二维平面内,能够有效的遮挡激光发射中心点与非道路边缘点之间的连线,从而提取道路边缘点云;最后,采用随机抽样一致性(random sample consensus,RANSAC)算法对道路边缘点云进行多项式拟合,并使用扩展卡尔曼滤波器对道路边缘进行跟踪。实验结果表明,所提点云道路边缘检测算法能够消除车辆等道路参与则对点云道路边缘检测的影响,且算法满足实车实时性和鲁棒性要求。     

基于关键点特征匹配的点云配准方法

针对ICP配准算法对点云的初始位置要求高、处理低重叠率的点云配准能力低的问题,提出了一种基于关键点特征匹配的点云配准方法. 设计一种多尺度加权法向投影均值差的关键点提取算法,结合SHOT描述子对关键点进行特征描述,融合几何一致性以及RANSAC算法去除匹配过程中的误匹配点对,优化关键点之间的对应关系,通过奇异值分解计算刚体变换矩阵,完成点云粗配准,使用ICP进行精确配准. 实验表明,本文提出的关键点提取算法能有效提取点云表面特征变化明显的点,使用SHOT特征对关键点进行描述,能够快速、精确地完成点云数据配准,并且对于较低重叠率的点云,也具有较好的配准效果.      

大型储罐的三维点云精简方法研究

针对大型储罐三维点云数据散乱、冗余点多等影响计算机显示及容积计算的问题,改进了一种储罐三维点云精简算法。该方法先利用均匀网格法,将待处理的三维点云数据分割成若干小栅格;然后根据随机抽样一致(random sample consensus,RANSAC)算法对每个栅格中的点云数据建立球模型,以保留特征点并滤除冗余数据点,达到精简点云的目的。将该方法与传统的均匀网格法和非均匀网格法进行对比,实验结果表明该方法在保证较高精简率的情况下可以更好地保留储罐点云数据特征。     

基于改进的加速鲁棒特征算法的工件定位方法

为了解决传统的图像处理算法识别现场获得的工件图像速度慢且匹配效果较差等问题,通过对工件图像的识别方法进行研究,提出了一种改进的加速鲁棒特征(SURF)算法可以实现工件准确、实时的定位。该算法基于加速分割测试特征检测器(FAST)对SURF算法的特征提取方式进行改进,首先利用FAST提取特征点,然后通过SURF算法生成特征点描述子,使用主成分分析算法(PCA)对描述子进行降维。随后以欧式距离作为相似性度量进行粗匹配,再采用随机抽样一致算法(RANSAC)剔除误匹配点。最后结合双目视觉技术得到工件空间位置坐标。实验结果表明：本文提出的算法在运行时间上相比传统SURF算法减少80%,同时提高了匹配的精度。可见达到了准确、实时的工件定位目的。     

基于Android平台的障碍物检测系统的设计与实现

为了提高视觉导盲仪障碍物检测系统的便携性,建立了基于Android平台的障碍物检测系统。对该系统所采用的Android平台采集双目图像、路面平面提取和障碍物检测等算法进行研究。首先,根据Android平台的USB HOST API介绍了Android平台以非ROOT的方式采集双目图像数据;然后,提取并匹配双目图像的特征点得到稀疏的三维点云,在三维点云中用随机抽样一致性算法(random sample consensus,RANSAC)来提取路面平面;最后,在利用双目图像路面平面单应性来区分路面与障碍物的基础上,说明了采用半全局块匹配(semi-global block matching,SGBM)进行障碍物检测的算法。实验结果表明:系统5 m以内的障碍物检测准确率达到90%;检测时间达到1 s/帧。完全满足视觉导盲仪障碍物检测系统的检测准确率高、实时性高、易便携等要求。     

基于关键点的点对特征三维目标识别算法

针对复杂场景下的三维点云目标识别速度慢,准确率低的问题,提出了一种基于关键点的点对特征三维目标识别算法. 通过直接对关键点建立点对特征,避免了周围邻域局部曲面的特征计算,具有空间维度小和计算速度快的特点. 使用哈希表存储,加快了特征匹配的时间. 利用快速投票方案对模型点云和场景点云进行匹配识别,生成候选位姿,利用贪婪算法对候选位姿进行聚类与筛选,采用ICP算法对物体位姿进行优化,基于配准后的点云重叠情况完成目标识别. 对提出的算法在多个数据集以及真实场景下进行了实验,验证了所提出的识别方法具有可行性和有效性,且对噪声的鲁棒性较强,具有一定的实际工程应用价值.      

基于RANSAC模型的机载LiDAR数据中建筑轮廓提取算法

使用正交多项式分带滤波方法对机载LiDAR点云数据进行滤波处理,通过迭代不断剔除非地面高点数据,最终得到由贴近地面的数据拟合而成的正交多项式.通过设定高程阈值将数据分成地面部分与非地面部分.提出了一种基于随机抽样一致性(RANSAC)算法模型的建筑物面片识别和轮廓提取算法,实现在包含噪声的点云数据中快速准确地识别和提取建筑物轮廓.在实验中对长春市的机载LiDAR数据进行了滤波、建筑屋顶面及其轮廓的提取,验证了本文算法的较高效率和精度.     

一种基于几何特征由粗到细点云配准算法

针对点云配准算法对初始位置敏感且收敛速度慢的问题,提出一种基于几何特征由粗到细点云配准算法。在粗配准阶段,通过投影法提取源点云和目标点云各4个轮廓点,然后利用曲率特征和轮廓点之间的距离寻找稳健的特征点对,计算得到初始刚性变换参数;细配准阶段,计算点云法向量及法向量夹角,以法向量为特征进行特征匹配,然后使用法向量夹角来启发搜索,使迭代最近点(iterative closest points, ICP)算法快速收敛。实验结果表明,所提出的由粗到细的配准算法鲁棒性强,具有较高的精度和速度。     

基于一致性随机采样的图像特征匹配鲁棒确认

误匹配点的存在影响了计算图像问变换关系的准确性,从而导致较差的图像匹配效果.通过随机采样一致性算法,提出了一种剔除错误匹配,精确确认图像匹配特征,从而计算图像间几何变换矩阵的鲁棒方法.该方法首先基于特征向量相似性准则,得到初始匹配点对,再利用特征点周围的灰度信息进行权值计算,在用随机采样一致性算法拟合几何变换矩阵的迭代过程中,得到使目标函数最小的匹配关系以筛选由噪声等引起的误匹配点对,从而精确计算图像间的几何变换关系矩阵,实现图像的精确配准.实验结果表明,该算法具有良好的噪声鲁棒性,得到了理想的图像配准效果.