本發(fā)明涉及激光雷達(dá)和CCD攝像機(jī)障礙檢測裝置，特別設(shè)計(jì)一種基于激光雷達(dá)和CCD攝像機(jī)信息融合的障礙檢測方法，該方法主要應(yīng)用于無人化智能車輛中的環(huán)境感知領(lǐng)域，可在一些惡劣、高危的復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙的精確檢測，從而保障車輛的正常安全運(yùn)行。

背景技術(shù)：

無人化智能車輛要在一些惡劣、高危的復(fù)雜環(huán)境下工作，離不開一個(gè)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的環(huán)境感知模塊，正確的理解周圍環(huán)境是保障車輛正常工作的根本前提，而障礙檢測作為環(huán)境感知模塊的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其檢測的精度不容忽視。

常規(guī)的檢測方法通常有兩種：采用基于視覺的方法，雖然憑借圖像高精度的像素分辨率可實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙的精確檢測，但存在幾方面的不足：一方面攝像機(jī)受外界光照的影響較大，環(huán)境適應(yīng)能力較低，當(dāng)障礙與背景顏色、紋理接近時(shí)，不易實(shí)現(xiàn)障礙的分割，另一方面僅依靠單一攝像機(jī)采集的信息無法得到環(huán)境的距離信息；采用激光雷達(dá)來檢測障礙，它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)環(huán)境的適應(yīng)力較強(qiáng)，掃描范圍廣、實(shí)時(shí)性好、精度高，但隨著障礙距離的變遠(yuǎn)，激光雷達(dá)獲得的掃描點(diǎn)數(shù)會(huì)變少，處理后得到的障礙尺寸誤差就會(huì)變大。顯示出單一傳感器難以同時(shí)滿足環(huán)境適應(yīng)性和檢測精度的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是無人化智能車輛領(lǐng)域中單一傳感器難以同時(shí)滿足環(huán)境適應(yīng)性和檢測精度的要求，提供了將激光雷達(dá)的距離信息和CCD攝像機(jī)的顏色和紋理信息融合的障礙檢測方法，所述的方法依次包括以下步驟：

a. 信息處理計(jì)算機(jī)采用網(wǎng)絡(luò)通信方式接收激光雷達(dá)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，按照通信協(xié)議將所接收的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

b.構(gòu)建空白柵格地圖，將接收的點(diǎn)云數(shù)據(jù)映射到對(duì)應(yīng)的柵格中，并記錄落入柵格中數(shù)據(jù)點(diǎn)在z軸上的最大值和最小值，計(jì)算最大值和最小值之差，將計(jì)算的差值與設(shè)定的障礙高度閾值進(jìn)行比較，大于高度閾值則判定該柵格為障礙，否則為非障礙，從而以柵格地圖的形式將待檢測區(qū)域進(jìn)行表示，并按照激光雷達(dá)的掃描周期（100毫秒）對(duì)柵格地圖進(jìn)行刷新；

c.根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)之間的距離對(duì)障礙進(jìn)行聚類分析，得到每個(gè)障礙的編號(hào)、數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量以及障礙相對(duì)于激光雷達(dá)的相對(duì)位置坐標(biāo)x，y，z；

d.將CCD攝像機(jī)的參數(shù)進(jìn)行初始化，獲得圖像信息；

e.將激光雷達(dá)坐標(biāo)系下的障礙坐標(biāo)變換至CCD攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系，再將障礙的坐標(biāo)從圖像坐標(biāo)系變換至像素坐標(biāo)系；

f.將障礙在像素坐標(biāo)系下的坐標(biāo)設(shè)置為種子點(diǎn)，利用圖像的顏色和紋理特征，采用區(qū)域生長算法將障礙從圖像中進(jìn)行分割；

g.求取分割后的障礙的外接矩形，并對(duì)其寬度和高度所占像素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將統(tǒng)計(jì)的像素與激光雷達(dá)所提供的障礙的坐標(biāo)進(jìn)行融合，最終得到障礙的寬度和高度尺寸并輸出。

本發(fā)明的基于激光雷達(dá)和CCD攝像機(jī)信息融合的障礙檢測方法，能夠克服單一傳感器障礙檢測時(shí)誤差較大，魯棒性不高的缺點(diǎn)，滿足無人化智能車輛在障礙檢測時(shí)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)且檢測精度高的要求。能適應(yīng)絕大多數(shù)環(huán)境下障礙檢測的需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的硬件框架圖；

圖2是本發(fā)明的程序流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1 是本發(fā)明的硬件框架圖，如圖1所示，該方法所涉及的激光雷達(dá)和CCD攝像機(jī)障礙檢測裝置由激光雷達(dá)11、CCD攝像機(jī)12、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)13和信息處理計(jì)算機(jī)14組成。激光雷達(dá)11采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和CCD攝像機(jī)12采集的圖像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)13傳輸至信息融合計(jì)算機(jī)14，信息融合計(jì)算機(jī)14將獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)變換至同一坐標(biāo)系之下，并將32激光雷達(dá)11的距離信息和CCD攝像機(jī)12的顏色和紋理信息進(jìn)行融合，最終得到障礙的位置坐標(biāo)和外形尺寸信息。

圖2 是本發(fā)明的程序流程圖，如圖2所示，步驟201為激光雷達(dá)的初始化動(dòng)作，包括信息處理計(jì)算機(jī)14與激光雷達(dá)11建立網(wǎng)絡(luò)通信、查詢當(dāng)前激光雷達(dá)的工作狀態(tài)以及點(diǎn)云數(shù)據(jù)存貯空間的開辟等等，步驟202對(duì)激光雷達(dá)是否正常初始化進(jìn)行判斷，如果正常，則轉(zhuǎn)入步驟204，否則轉(zhuǎn)入步驟201繼續(xù)初始化動(dòng)作。當(dāng)初始化正常后，轉(zhuǎn)入步驟203獲取激光雷達(dá)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。由于待解析的點(diǎn)云數(shù)據(jù)為球面坐標(biāo)，不利于后續(xù)的處理，因此步驟204將解析后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)變換為直角坐標(biāo)系下的三維數(shù)據(jù)。步驟205根據(jù)變換后的數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計(jì)算出該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的柵格，并將該點(diǎn)映射至柵格地圖上。步驟206記錄落入每個(gè)柵格中數(shù)據(jù)點(diǎn)的最大值和最小值，并計(jì)算最大值和最小值之差與設(shè)定閾值之間的大小關(guān)系，若大于閾值則轉(zhuǎn)入步驟208，否則轉(zhuǎn)入步驟207。步驟207將最大值與最小值之差小于閾值的柵格設(shè)置為非障礙柵格。步驟208將最大值與最小值之差大于閾值的柵格設(shè)置為障礙柵格，并將落入柵格中的點(diǎn)進(jìn)行記錄。步驟209將步驟208中所記錄的點(diǎn)根據(jù)距離進(jìn)行聚類分析，將距離相距較小的點(diǎn)聚類為同一個(gè)障礙。步驟210根據(jù)步驟209的聚類結(jié)果，求取每個(gè)障礙的幾何中心坐標(biāo)，障礙的寬度和高度尺寸，轉(zhuǎn)入步驟214。步驟211對(duì)CCD攝像機(jī)12進(jìn)行初始化。步驟212獲取CCD攝像機(jī)12的圖像數(shù)據(jù)。步驟213對(duì)圖像處理算法的參數(shù)進(jìn)行初始化。步驟214中CCD攝像機(jī)12接收來自激光雷達(dá)11處理后得到的障礙檢測信息，包括障礙的幾何中心坐標(biāo)、寬度和高度信息。步驟215將接收的激光雷達(dá)11數(shù)據(jù)通過坐標(biāo)變換的方式變換至CCD攝像機(jī)12的像素坐標(biāo)系，將激光雷達(dá)11的坐標(biāo)、寬度和高度信息變換為CCD攝像機(jī)12圖像中的像素坐標(biāo)以及對(duì)應(yīng)的感興趣區(qū)域。步驟216對(duì)CCD攝像機(jī)12的采集的圖像信息進(jìn)行預(yù)處理主要是采用高斯低通濾波器進(jìn)行平滑去噪。步驟217以激光雷達(dá)11檢測的障礙的幾何中心點(diǎn)坐標(biāo)為種子點(diǎn)，并采用區(qū)域生長算法以種子點(diǎn)為中心向四周擴(kuò)展。步驟218對(duì)步驟217區(qū)域生長過程中的連通域進(jìn)行標(biāo)記。步驟219利用步驟218得到的最終標(biāo)記結(jié)果得到障礙的輪廓信息。步驟220將步驟219中得到的輪廓信息進(jìn)行剔除與合并操作最終得到障礙在圖像中的外形尺寸，以像素進(jìn)行表示。步驟221將步驟220中得到的以像素表示的障礙外形尺寸和步驟210中激光雷達(dá)11得到的障礙幾何中心坐標(biāo)信息進(jìn)行融合，得到障礙的準(zhǔn)確外形尺寸。步驟222將得到的障礙外形尺寸信息通過疊加到視頻的方式進(jìn)行輸出。