[发明专利]一种基于激光雷达与扇状空间分割的路沿检测系统及其方法

权利要求书

1.一种基于激光雷达与扇状空间分割的路沿检测系统，其特征在于，包括：

点云采集模块，用于通过32/64线激光雷达扫描车辆周围环境，采集周围环境的点云数据并进行处理，将带有空间坐标、反射亮度和雷达环数的点云数据转换给本地坐标系中，将每一帧数据输出给地面分离模块；

地面分离模块：用于从一帧点云数据中提取出当前点云集的道路路面，所述道路路面指的是点云空间中所有物体最贴近地面的点所组成的曲面，地面点云集合输出给路沿检测模块；

扇状空间分割模块：用于根据激光雷达反射点云的特性，将三维坐标内的空间分成不同的扇状区域，扇状区域的特性由点云的数据特性所决定，能匹配点云的分布特征，根据地面检测结果，将扇状结构输出给道路延伸识别模块和路沿检测模块；

道路延伸识别模块：用于接收地面点云集合和扇状空间结构，结合两者特征，检测出车辆的可行驶区域，以此判断自动驾驶场景中道路的延伸方向，并将结果输出给路沿检测模块；

路沿检测模块：用于接收地面点云集合和扇状空间结构，根据道路的延伸方向将点云数据分类，通过方位角排序、点法线差聚类、点坐标数值滤波的方法，并行地从点云数据中提取各雷达扫描线检测得到的路沿，根据各扫描线检测得到的路沿特征点，进行基于欧几里得聚类方法的处理，得到多个路沿特征点集合，输出给路沿点筛选模块；

路沿点筛选模块：用于接收聚类点集合，根据扇状空间结构，排除候选路沿特征点中的干扰点，得到可靠性高的路沿点结果，输出给路沿拟合模块；

路沿拟合模块：用于接收最终的路沿点，根据路沿点连接关系，用基于B样条曲线拟合的算法求出相应的路沿，结合道路延伸方向，得到每一帧的路沿检测结果。

2.一种基于激光雷达与扇状空间分割的路沿检测方法，其特征在于，利用权利要求1所述的路沿检测系统，具体包括以下步骤：

S1.利用点云采集模块，使激光雷达扫描车辆周围环境，获取反射点云数据，转换到本地坐标系中进行一定程度的矫正，并根据雷达线数对测量精度范围有相应的预估；

S2.利用地面分离模块，并利用采样一致性分割算法，从处理后的点云数据中提取地面点云集合；

S3.利用扇状空间分割模块，根据激光雷达反射点云的特性，计算分割参数，将三维坐标内的空间分成不同的扇状空间区域；

S4.利用道路延伸识别模块，根据点云集合和扇状空间结构，检测出车辆的可行驶区域，以此判断场景中道路的延伸方向；

S5.利用路沿检测模块，根据道路的延伸方向将点云数据分类，通过方位角排序、点法线差聚类、点坐标数值滤波的方法，并行地从点云数据中提取各雷达扫描线检测得到的路沿，根据各扫描线检测得到的路沿特征点，进行基于欧几里得聚类方法的处理，得到多个路沿特征点集合；

S6.利用路沿点筛选模块，根据聚类点集合和扇状空间结构，排除候选路沿特征点中的干扰点，得到可靠性高的路沿点结果；

S7.利用路沿拟合模块，使用B样条曲线拟合的算法，对最终的路沿点集合进行拟合，构建出最终的道路路沿。

3.根据权利要求2所述的基于激光雷达与扇状空间分割的路沿检测方法，其特征在于，所述的点云数据所得数据来自32/64线Velodyne激光雷达，数据转换后的新坐标系以激光雷达的安放位置为原点，车辆前行方向为y轴方向，车辆正右方向为x轴方向，车辆正上方向为z轴方向，反射点同时带有反射强度和所属雷达扫描线的编号信息，信息接收频率为10Hz。

4.根据权利要求2所述的基于激光雷达与扇状空间分割的路沿检测方法，其特征在于，车辆行驶过程中，激光雷达旋转时会产生车辆抖动带来的波动误差和旋转一周带来的时间延迟误差，因此对每帧点云数据进行一定程度的校正；校正方法为使用基于RANSAC的平面检测方法得到平面Ax+By+Cz+D＝0及其法向量P(A,B,C)，由坐标系的竖直向量Q(0,0,1)，推出P、Q之间的夹角θ＝arccos((P·Q)/|P||Q|)和P、Q向量的旋转轴单位向量将夹角和旋转轴代入罗德里格旋转公式：

式中，E为单位矩阵，计算从法向量旋转到竖直向量(0，0，1)的旋转矩阵R；并将此旋转矩阵R应用到点云，点云即可得到旋转。