[发明专利]基于激光、摄像机、GPS与惯导融合的道路场景表征系统及其方法

说明书

本发明公开一种基于激光、摄像机、GPS与惯导融合的道路场景表征系统及其方法，包括激光测距仪、GPS接收机、车载摄影机和惯导系统，所述激光测距仪、GPS接收机和车载摄影机分别安装于数据采集车的车顶中央位置、车顶任意位置以及车辆前方，惯导系统安装于数据采集车的任意位置。本发明将图像、激光点云以及GPS数据融合，充分发挥它们各自的优势，使得每个道路场景均有图像特征，每个图像特征还有距离信息相对应(激光提供)，而每个道路场景还有高精度位置信息(GPS与惯导提供)，从而实现道路的精细化表征。

技术领域

本发明属于智能汽车技术，具体涉及一种基于激光、摄像机、GPS与惯导融合的道路场景表征系统及其方法。

背景技术

智能车领域的相关技术问题已成为当前国内外高校、企事业单位及科研机构所重点关注的热门话题。该领域中智能车高精度定位又是最关键问题之一。通常情况下，以GPS为基础的定位是实现车辆定位的最常见方法之一，但是其精度较低(平均误差可达10m)，不能满足智能车高精度定位的要求。在GPS的基础上加装惯性导航系统(简称惯导)以及架设差分GPS基站可提高定位精度至亚米级甚至厘米级，然而由于GPS存在盲区问题，此时差分基站同样失效，而惯导系统会积累大量的累计误差。

随着科技的发展，激光测距仪(简称激光)，已实现大规模量产化，该传感器具备准确的测距功能；此外，图像可以提供丰富的场景信息，若能将此二者相融合，再结合GPS与惯导，充分发挥它们的优势，实现道路场景的精细化表征，即可增强道路场景的唯一性表达。而智能车以道路场景表征为基础，即可实现高精度定位。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于激光、摄像机、GPS与惯导融合的道路场景表征系统及其方法。

技术方案：本发明的一种基于激光、摄像机、GPS与惯导融合的道路场景表征系统，包括激光测距仪、GPS接收机、车载摄影机和惯导系统，所述激光测距仪、GPS接收机和车载摄影机分别安装于数据采集车的车顶中央位置、车顶任意位置以及车辆前方，惯导系统安装于数据采集车的任意位置。

本发明还公开了一种基于激光、摄像机、GPS与惯导融合的道路场景表征系统的实现方法，包括以下步骤：

(1)数据采集：(1.1)单节点数据采集；(1.2)多节点数据采集；

(2)建立道路场景表征模型：(2.1)单节点表征；(2.2)多节点间表征。

进一步的，所述步骤(1.1)中单节点数据采集的方法为：数据采集车装载激光测距仪、GPS接收机、摄像机以及惯导系统在道路中行驶，行驶至道路中某一节点A时，GPS接收机结合惯导系统采集此时的位置信息，同时摄像机采集车辆前方道路图像信息，激光测距仪采集激光点的云信息；所述步骤(1.2)中多节点数据采集的方法为：数据采集车继续行驶，行至道路中下一节点B时，光测距仪、GPS接收机、摄像机以及惯导系统继续采集同样的数据；重复多次道路场景即被划分为一系列的其他节点。

为保证场景的连贯性，所述各个节点间的采集距离不多余5m。

进一步的，所述步骤(2.1)中单节点表征的具体方法为：

(2.1.1)对摄像机所采集的道路图像进行特征提取，所述特征包括道路图像中有特点的像素；

(2.1.2)将所提取的图像特征与激光测距仪采集的云信息相融合，其融合公式为：

式中，表示激光点，表示图像点，K为摄像机内参数，例如尺寸为3×3，R表示摄像机到激光的旋转量，例如尺寸为3×3，t表示摄像机到激光的平移量，例如尺寸为3×1，通过K，R和t三个参数将激光点与图像点实现对应，即每一个图像特征点都对应着一个激光点进而得到相应距离信息；