自動(dòng)駕駛常用傳感器概要介紹
發(fā)布時(shí)間:2018-07-05 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】自動(dòng)駕駛技術(shù)涉及的環(huán)境感知傳感器主要包括視覺(jué)類攝像機(jī)(包括單目、雙目立體視覺(jué)、全景視覺(jué)及紅外相機(jī))和雷達(dá)類測(cè)距傳感器(激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)等),如圖1所示。這些傳感器目前都可以找到開(kāi)源的SDK快速開(kāi)發(fā)。小可根據(jù)這幾年的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn),特此整理了目前常用傳感器的一些API,方便初學(xué)者節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間。
當(dāng)然,對(duì)于可以根據(jù)需求自主定制傳感器的土豪公司而言,本篇顯得多余,請(qǐng)繞行。本篇主要適用于自動(dòng)駕駛初級(jí)開(kāi)發(fā)者,主要面向高校和科研院所的研究人員,以性能為主,較少考慮成本問(wèn)題。筆者主要基于Linux系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā),所介紹的API均以Ubuntu14.04及以上版本為準(zhǔn)(4月份出Ubuntu18.04了,2年一個(gè)穩(wěn)定版本,值得期待)。
圖1 自動(dòng)駕駛主流傳感器
單目攝像機(jī)
首推AVT工業(yè)相機(jī),國(guó)內(nèi)代理商較多。包含的相機(jī)種類較為齊全,接口包括1394火線接口、網(wǎng)口接口等,價(jià)格從幾千元到幾萬(wàn)元不等。
應(yīng)用:?jiǎn)文肯鄼C(jī)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)主要包括特征類符號(hào)的檢測(cè)與識(shí)別,如車道線檢測(cè)、交通標(biāo)志識(shí)別、交通燈識(shí)別、行人和車輛檢測(cè)等,基于機(jī)器學(xué)習(xí)的視覺(jué)計(jì)算在自動(dòng)駕駛普及之日一定會(huì)是必不可少的部分,盡管目前來(lái)說(shuō)視覺(jué)檢測(cè)可靠性并不是很高,在以激光雷達(dá)為主要感知手段的自動(dòng)駕駛車輛中應(yīng)用并未達(dá)到預(yù)期。
圖2 路面及車輛識(shí)別
雙目攝像機(jī)
應(yīng)用于室外場(chǎng)景的雙目視覺(jué)確實(shí)不多見(jiàn),筆者之前用過(guò)的bumblebee雙目也是應(yīng)用于室內(nèi)場(chǎng)景,之后接觸了ZED相機(jī)也是室內(nèi)比較好用(畢竟基線長(zhǎng)度固定了,就那么短?。?。建議用于室外做視覺(jué)里程計(jì)或者識(shí)別類算法的,自行搭建雙目傳感器,在保證同步觸發(fā)的情況下,根據(jù)具體需求確定基線長(zhǎng)度。雙目視覺(jué)繞不開(kāi)視差圖和雙目標(biāo)定,目前比較通用的雙目標(biāo)定做法是采用張正友法,利用Camera Calibration Toolbox進(jìn)行標(biāo)定,當(dāng)然,openCV中也集成了該方法,習(xí)慣C編程的可以看下,OpenCV經(jīng)典教材《學(xué)習(xí)OpenCV》中文版464頁(yè)至492頁(yè)有詳細(xì)內(nèi)容,更有代碼,不多說(shuō)。
圖3 雙目立體視覺(jué)標(biāo)定
應(yīng)用:障礙物檢測(cè)可以,限于室內(nèi),結(jié)構(gòu)光,近距離;視覺(jué)里程計(jì)確實(shí)是目前比較好的應(yīng)用領(lǐng)域,用于路口定位等,各種開(kāi)源SLAM技術(shù)中也都有應(yīng)用,如ORB SLAM2,《視覺(jué)SLAM十四講》有詳細(xì)介紹和應(yīng)用,好書(shū),推薦一下。
全景相機(jī)
分為單鏡頭全景相機(jī)和多鏡頭拼接全景相機(jī)。筆者基于全景視覺(jué)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用不多(當(dāng)多目鏡頭使用,未完全發(fā)揮其全景優(yōu)勢(shì)),2015年騰訊做街景地圖的時(shí)候貌似見(jiàn)過(guò)他們車上裝著一個(gè)。
應(yīng)用:比較推薦用全景相機(jī)做視覺(jué)里程計(jì),視野范圍大,特征點(diǎn)關(guān)聯(lián)度高,個(gè)人始終覺(jué)得用全景視覺(jué)配合組合導(dǎo)航做高精度地圖重建是個(gè)不錯(cuò)的選擇,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車車道級(jí)別定位,其他的沒(méi)有深入研究。
紅外相機(jī)
紅外相機(jī)應(yīng)該屬于視覺(jué)的另外一個(gè)門類,夜視效果比白晝效果好,可應(yīng)用于行人、車輛檢測(cè)等。以前覺(jué)得在激光雷達(dá)出現(xiàn)以后,紅外相機(jī)在自動(dòng)駕駛應(yīng)用中處于一個(gè)比較尷尬的地位,價(jià)格不菲且沒(méi)有激光雷達(dá)結(jié)果來(lái)的直接,使用之后發(fā)現(xiàn),在障礙物(如人)識(shí)別上,激光離散點(diǎn)云還是比不上空間上連續(xù)的圖像。另外,測(cè)試中驚奇的發(fā)現(xiàn),紅外相機(jī)具體可以捕捉玻璃上的人影!細(xì)思極恐!紅外相機(jī)在一定程度上可以對(duì)發(fā)熱體進(jìn)行區(qū)分,如路面、行人等,但畢竟需要后處理,沒(méi)有激光雷達(dá)利用絕對(duì)高度或者梯度進(jìn)行障礙物檢測(cè)來(lái)的直接。夜晚?xiàng)l件下可以替代彩色相機(jī),進(jìn)行前視障礙物檢測(cè)與監(jiān)控。
圖4 紅外視覺(jué)成像
毫米波雷達(dá)
適用于高速環(huán)境和編隊(duì)行駛,其他場(chǎng)景貌似沒(méi)有必要安裝。單買貴,批發(fā)便宜。使用過(guò)delphi的一款,應(yīng)該也是國(guó)內(nèi)應(yīng)用的比較多的,距離上最遠(yuǎn)到150米,分為單點(diǎn)跟蹤和多目標(biāo)檢測(cè)兩種工作模式,前者適用于編隊(duì)行駛過(guò)程中前車檢測(cè),后者適用于高速環(huán)境下的遠(yuǎn)距離目標(biāo)檢測(cè)。由于毫米波雷達(dá)的成像原理為錐面成像(相當(dāng)于從一點(diǎn)往外發(fā)散成一個(gè)錐面),依據(jù)錐面中障礙物的面積來(lái)推算障礙物,因而對(duì)于復(fù)雜場(chǎng)景,障礙物較為雜亂。而高速公路場(chǎng)景較為理想,道路環(huán)境好,車輛相對(duì)較少,適用于前方車輛的提前預(yù)警。(Tesla認(rèn)為視覺(jué)+毫米足夠支撐自動(dòng)駕駛系統(tǒng),個(gè)人相當(dāng)認(rèn)同,但是貌似算法上還需要推進(jìn)一步)
開(kāi)發(fā):通過(guò)can收發(fā)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)格式較為簡(jiǎn)單,一般協(xié)議文件中都有定義,對(duì)can口開(kāi)發(fā)沒(méi)有基礎(chǔ)也不要恐慌,相當(dāng)簡(jiǎn)單,買一個(gè)USBCAN轉(zhuǎn)換器,有Ubuntu系統(tǒng)下can接收數(shù)據(jù)的依賴庫(kù),之后的數(shù)據(jù)解析按照協(xié)議來(lái)即可。 激光雷達(dá)。
應(yīng)用:障礙物檢測(cè)主流,waymo、百度、各大傳統(tǒng)汽車廠商、各大創(chuàng)業(yè)公司、各大高校、研究院所……那么多自動(dòng)駕駛汽車頂上裝著的幾乎都是激光雷達(dá)(Tesla除外);高精度地圖重建與環(huán)境建模;SLAM等。
圖 多雷達(dá)融合
目前實(shí)際開(kāi)發(fā)中筆者用到的傳感器就這么多,希望對(duì)于初學(xué)者有所幫助吧。對(duì)于設(shè)備選型有選擇困難癥的也可以私信我,多多交流。
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