Καθορισμός συντηρητικού με πολλούς αισθητήρες για έξυπνα οχήματα

Η βαθμονόμηση της ένωσης πολλαπλών αισθητήρων των ευφυών οχημάτων είναι ένα κρίσιμο βήμα για το σύστημα αυτόματης οδήγησης για την επίτευξη "χωρικού συγχρονισμού" και "χρονικού συγχρονισμού".κάμερα, το ραντάρ χιλιοστών κυμάτων (Radar) και η μονάδα μέτρησης αδράνειας/το παγκόσμιο δορυφορικό σύστημα πλοήγησης (IMU/GNSS) έχουν το καθένα τα δικά τους ανεξάρτητα συστήματα συντεταγμένων.Σκοπός της βαθμονόμησης σύντηξης είναι ο υπολογισμός της σχετικής θέσης και της σχέσης προσανατολισμού (εξωτερική μήτρα) μεταξύ τους., επιτρέποντας στο όχημα να επικαλύπτεται τέλεια με τις διμερείς εικόνες που "βλέπει", τα τρισδιάστατα σημειακά σύννεφα που "σκανάρει" και την ταχύτητα και την απόσταση που "μετρά".

Οι ακόλουθες είναι οι βασικές διεργασίες και οι βασικές μεθόδοι για την βαθμονόμηση σύντηξης με πολλούς αισθητήρες σε έξυπνα οχήματα:

1Προετοιμασία του πυρήνα πριν από την βαθμονόμηση

Πριν από την έναρξη των μαθηματικών υπολογισμών, είναι απαραίτητο να εξασφαλιστεί ότι το υλικό και το περιβάλλον βρίσκονται σε κανονική κατάσταση:

(1)Σύνθεση χρονοσήματος (χρονοσύνθεση): Αυτή είναι η προϋπόθεση για την χωρική βαθμονόμηση.Το PTP (Gigabit Ethernet Time Synchronization Protocol) ή το GPS/PPS χρησιμοποιείται για να ευθυγραμμίσει τον χρόνο δειγματοληψίας όλων των αισθητήρων με το επίπεδο μικροδευτερολέπτου., διασφαλίζοντας ότι "βλέπουν τον κόσμο την ίδια στιγμή".

(2) Ελέγχος της κατάστασης του οχήματος: Το όχημα είναι παρκαρισμένο σε ένα τυπικό οριζόντιο χώρο βαθμονόμησης, με πίεση ελαστικών και ανάρτηση σε τυπικά φορτία, και το όχημα είναι εντελώς ακίνητο.

(3) Εγκατάσταση αντικειμένων βαθμονόμησης: Σύμφωνα με τις απαιτήσεις βαθμονόμησης, τοποθετούνται ειδικά κατασκευασμένα αντικείμενα βαθμονόμησης γύρω από το όχημα.

(4) Κοινά αντικείμενα βαθμονόμησης: πλάκες βαθμονόμησης με υψηλή αντανάκλαση, 3D κουτιά, κύλινδροι ή ειδικά κατασκευασμένοι τριγωνικοί ανακλαστήρες (συνήθως χρησιμοποιούνται για ραντάρ χιλιοστών κυμάτων).

2. Ταξινομή των διεργασιών βαθμονόμησης πυρήνα σύντηξης

Η βαθμονόμηση σύντηξης εκτελείται συνήθως με βάση την "ευθυγράμμιση ζευγαριών" συνδυασμών αισθητήρων, ενσωματώνοντάς τα τελικά στο σύστημα συντεταγμένων οχήματος/βάθμιου συνδέσμου.

(1) Κοινή βαθμονόμηση του LiDAR και της κάμερας (LiDAR-to-Camera)

Αυτή είναι η βασική βαθμονόμηση για την αυτόνομη οδήγηση, που χρησιμοποιείται για την επίτευξη της προ-σύντησης του νέφους σημείων και της εικόνας (νέφος σημείων χρώματος).

[Αποκτήστε σημεία 2D από την εικόνα]

[Αναζήτηση αντιστοιχίας] [Ελαχιστοποίηση σφάλματος επαναπροώθησης]

[Αποκτήστε 3D σημεία χαρακτηριστικών από το σύννεφο σημείων]

1 Εξόρυξη χαρακτηριστικών:

πλευρά της κάμερας: Ο αλγόριθμος προσδιορίζει τις συντεταγμένες ((u, v)) των γωνιών, των ακρών ή των κεντρικών εικονοστοιχείων του πίνακα βαθμονόμησης στη διμερής εικόνα.

Η πλευρά LiDAR: Ο αλγόριθμος εξάγει τις συντεταγμένες ((X, Y,Z)) των άκρων ή των κεντρικών σημείων της σανίδας βαθμονόμησης σε τρισδιάστατο χώρο με βάση την ένταση αντανάκλασης του σημειακού νέφους (ή τη γεωμετρική τοποθέτηση του επιπέδου).

2 Μαθηματική λύση: Πρόκειται για ένα τυπικό πρόβλημα 3D με 2D Perspective-n-Point (PnP).υπολογίζεται η μήτρα περιστροφής R και ο διανύκτης μετάδοσης T.

3 Online/δυναμική ευθυγράμμιση: Κατά την καθημερινή οδήγηση, με τη χρήση φυσικών χαρακτηριστικών, όπως πόλοι κοινής ωφέλειας και στις δύο πλευρές του δρόμου και στις άκρες των κτιρίων,η ευθυγράμμιση μεταξύ των ακτών της εικόνας και των ακτών του πινάκιο σύννεφο είναι βελτιστοποιημένη (e.γ., χρησιμοποιώντας τη μέθοδο αμοιβαίας πληροφόρησης) για την τελική ρύθμιση των εξωτερικών παραμέτρων σε πραγματικό χρόνο.

(2) Κοινή βαθμονόμηση του LiDAR και του ραντάρ χιλιοστών κυμάτων (LiDAR-Radar)

Το ραντάρ χιλιοστών κυμάτων μπορεί να μετρήσει την ταχύτητα και έχει ισχυρή διείσδυση, αλλά το σύννεφο σημείων του είναι εξαιρετικά αραιό και θορυβώδες. Το σύννεφο σημείων LiDAR είναι πυκνό.Στόχος τους είναι να επιτύχουν "διαστημική τροχιά ευθυγράμμιση".

1 Στατική μέθοδος (θάλαμος βαθμονόμησης): τοποθετήστε έναν αντανάκλαστη γωνίας με υψηλή αντανάκλαση σε μια συγκεκριμένη θέση.και το lidar μπορεί επίσης να προσδιορίσει με ακρίβεια το τρισδιάστατο περίγραμμα του αντανακλαστή γωνίαςΟι εξωτερικές παραμέτρους υπολογίζονται με το να ταιριάζουν τα κεντρικά σημεία των δύο.

2 Δυναμική μέθοδος (οδική οδήγηση): Το όχημα οδηγεί σε ανοιχτό δρόμο, ακολουθώντας έναν κινητό στόχο μπροστά (όπως ένα άλλο όχημα).η τροχιά του αντικειμένου που παρακολουθείται από το LiDAR και η τροχιά του δυναμικού σημείου που μετράται από το ραντάρ χιλιοστών κυμάτων αντιστοιχούν, και οι εξωτερικές παράμετροι λύνονται μέσω συσχέτισης τροχιάς.

3. Κοινή βαθμονόμηση του LiDAR/καμερας και της μονάδας μέτρησης αδρανείας (Αισθητήρας-ΜΜΕ)

Εναρμόνιση του αισθητήρα αντίληψης με την κινηματική του οχήματος για την αντιμετώπιση του ζητήματος "πώς να αντισταθμίσει ο αισθητήρας κατά τη διάρκεια της κραδασμού και των κρούσεων του οχήματος".

1 Μέθοδος βαθμονόμησης χέρι-μάτι: Ανήκει στο τυπικό πρόβλημα επίλυσης μήτρας AX = XB.

2 Διαδικασία βαθμονόμησης: Το όχημα λαμβάνει οδηγίες για να ακολουθεί συγκεκριμένη τροχιά (όπως οδήγηση σε σχήμα "8", συχνή επιτάχυνση και επιβράδυνση και στροφές).Το IMU καταγράφει τη γωνιακή ταχύτητα και την επιτάχυνση του οχήματος σε πραγματικό χρόνο για να εκτιμήσει τη δική του τροχιά κίνησηςΤαυτόχρονα, το LiDAR εκτιμά μια τροχιά κίνησης μέσω της οδομετρίας του point cloud (LOAM) ή η κάμερα εκτιμά μια τροχιά κίνησης μέσω της οπτικής οδομετρίας (VO).

3 Λύση: Ο αλγόριθμος υπολογίζει τη σχετική θέση του αισθητήρα σε σχέση με την IMU ευθυγραμμίζοντας την περιστροφή και την μετατόπιση αυτών των δύο τροχιών κίνησης.

3Ενσωματωμένο κοινό debugging και κλειστό κύκλο ελέγχου πολλών αισθητήρων

Μετά την ολοκλήρωση όλων των ζευγαρώσεων βαθμονόμησης, απαιτείται η παγκόσμια βελτιστοποίηση κλειστού κυκλώματος:

(1) Ενιαίο σύστημα συντεταγμένων: Μετατροπή όλων των σχετικών εξωτερικών παραμέτρων στο σύστημα συντεταγμένων κέντρου του αμαξώματος (όπως το σημείο όπου το κέντρο του πίσω άξονα προβάλλεται στο έδαφος).

(2)Ελέγχος της συνέπειας σφάλματος: εξασφαλίζεται κλειστός κύκλος στην αλυσίδα μετάδοσης.η θέση της ΜΜΕ που υπολογίζεται από τη λειτουργία LiDAR ightarrow Camera ightarrow IMU θα πρέπει να συνάδει με το αποτέλεσμα που υπολογίζεται απευθείας από τη λειτουργία LiDAR ightarrow IMUΕάν υπάρχει διαφορά, εκτελέστε παγκόσμια προσαρμογή σε ολόκληρο το τοπολογικό δίκτυο χρησιμοποιώντας βελτιστοποίηση γραφήματος.

IV. Αξιολόγηση της ποιότητας της βαθμονόμησης και επαλήθευση των αποτελεσμάτων

Μετά την βαθμονόμηση, πρέπει να χρησιμοποιούνται αυστηροί ποσοτικοί δείκτες για την επαλήθευση της ακρίβειας:

1Μέθοδος σύγκρισης πραγματικών τιμών: Με τη βοήθεια ενός υψηλής ακρίβειας συνολικού σταθμού μεγάλης εμβέλειας ή ενός εντοπιστή λέιζερ,μετρώντας με το χέρι τις φυσικές απόλυτες θέσεις των σημείων που έχουν σημειωθεί σε κάθε περίβλημα αισθητήρα στο σύστημα συντεταγμένων σώματος του οχήματοςΟι τυπικές απαιτήσεις για την ακρίβεια των εξωτερικών παραμέτρων είναι: σφάλμα απόστασης < 1 ~ 2 cm, σφάλμα γωνίας < 0,1 ° ~ 0,2 °.

Προβολή πίσω 2 σημείων σύννεφο (προβολή σύντηξης χρώματος): Το 3D σημείο σύννεφο που συλλέγεται από το LiDAR προβάλλεται στην 2D εικόνα της κάμερας μέσω του υπολογισμένου εξωγενούς πίνακα.Εάν το σημείο χρώματα σύννεφο στα περίμετρα των πόλων κοινής ωφέλειας, οι οδικές πινακίδες και τα οχήματα ευθυγραμμίζονται απόλυτα με τις άκρες της εικόνας, χωρίς καμία μετατόπιση ή παρασύνθεση, αυτό δείχνει εξαιρετική ποιότητα βαθμονόμησης.

3 Δοκιμή χωροχρονικής συνέπειας: Κατά τη διάρκεια της δυναμικής οδήγησης πραγματικού οχήματος, ελέγξτε αν το 3D box που ανιχνεύεται από την κάμερα, το point cloud clustering box του LiDAR, and the target point of the millimeter-wave radar for the same obstacle (such as the preceding vehicle) completely overlap in the Bird's Eye View (BEV) and do not undergo severe jitter due to vehicle bumps.