智能汽車環(huán)境感知技術(shù)課件

智能汽車的環(huán)境感知技術(shù)

智能汽車的環(huán)境感知技術(shù)1一、智能汽車與智能運(yùn)輸系統(tǒng)智能運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS）是通過對(duì)關(guān)鍵基礎(chǔ)理論模型的研究，將先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)、電子控制技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)等有效地應(yīng)用于交通運(yùn)輸系統(tǒng)、從而建立起大范圍內(nèi)發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。21世紀(jì)的ITS將是車和路高度智能化的系統(tǒng)，主要控制交通流量，避免交通堵塞，逐步實(shí)現(xiàn)高速公路上汽車的自動(dòng)安全駕駛。在國(guó)際上ITS已經(jīng)成為解決汽車交通帶來(lái)的各種問題的一種有效手段，一、智能汽車與智能運(yùn)輸系統(tǒng)智能運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS）是通過對(duì)關(guān)鍵2

開發(fā)ITS的目的就是通過當(dāng)前飛速發(fā)展的信息技術(shù)，有效利用現(xiàn)存的道路設(shè)施使得車輛、道路和駕駛者和諧的統(tǒng)一起來(lái)。智能汽車是智能運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS）的關(guān)鍵部分。智能車輛的研究方向包括駕駛員行為分析、環(huán)境感知、極端情況下的自主駕駛、規(guī)范環(huán)境下的自主導(dǎo)航、車輛運(yùn)行控制系統(tǒng)、主動(dòng)安全系統(tǒng)、交通監(jiān)控、車輛導(dǎo)航及協(xié)作、車輛交互通信、軍事應(yīng)用、系統(tǒng)機(jī)構(gòu)、先進(jìn)的安全車輛。開發(fā)ITS的目的就是通過當(dāng)前飛速發(fā)展的信息技術(shù)，有效利3二、汽車的環(huán)境感知技術(shù)介紹汽車的環(huán)境感知主要是運(yùn)用傳感器融合等技術(shù)來(lái)獲得車輛行駛環(huán)境的有用信息，如車流信息、車道狀況信息、周邊車輛的速度信息、行車標(biāo)志信息等等。汽車環(huán)境感知技術(shù)離不開相應(yīng)的傳感器,傳感器將外界的各種信號(hào)轉(zhuǎn)化成能夠識(shí)別的電信號(hào)，其中最重要的就是道路感知模塊,該模塊將先進(jìn)的通訊技術(shù)、信息傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)結(jié)合起來(lái)系統(tǒng)利用。環(huán)境感知技術(shù)主要有環(huán)境感知模塊、分析模塊、控制模塊等組成。二、汽車的環(huán)境感知技術(shù)介紹汽車的環(huán)境感知主要是運(yùn)用傳感器融合4環(huán)境感知的傳感系統(tǒng)主要由機(jī)器視覺識(shí)別系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、超聲波傳感器和紅外線傳感器所組成。1、機(jī)器視覺識(shí)別系統(tǒng)機(jī)器視覺識(shí)別系統(tǒng)是指智能汽車?yán)肅CD等成像元件從不同角度全方位拍攝車外環(huán)境，根據(jù)搜集到的信息得到反映真實(shí)道路的圖像數(shù)據(jù)，然后綜合運(yùn)用各種道路檢測(cè)算法，提取出車道線、道路邊界以及車輛的方位信息，判斷汽車是否有駛出車行道的危險(xiǎn)，當(dāng)情況十分危險(xiǎn)時(shí)，會(huì)通過報(bào)警系統(tǒng)給駕駛員發(fā)出提示和警報(bào)，于此同時(shí)圖像測(cè)控系統(tǒng)還可以根據(jù)視覺導(dǎo)航的輸出，對(duì)車輛的執(zhí)環(huán)境感知的傳感系統(tǒng)主要由機(jī)器視覺識(shí)別系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、超聲波傳5行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，從而自主決定車輛當(dāng)前的前進(jìn)方向和控制車輛自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。機(jī)器視覺具有檢測(cè)范圍廣、信息容量大、成本低等優(yōu)點(diǎn)、并且通過對(duì)其所得圖像進(jìn)行處理可以識(shí)別、檢測(cè)對(duì)象，所以越來(lái)越多的人對(duì)機(jī)器視覺感知車輛行駛環(huán)境產(chǎn)生很大興趣、以致使機(jī)器視覺在智能汽車研究領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用成為最受歡迎的傳感器之一。機(jī)器視覺有其弱點(diǎn)容易受到環(huán)境的影響，在能見度較低時(shí)效果不理想，因此，在傳感器類別中屬于被動(dòng)型。2、雷達(dá)系統(tǒng)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，從而自主決定車輛當(dāng)前的前進(jìn)方向和控制6雷達(dá)系統(tǒng)利用電磁波探測(cè)目標(biāo)的距離、速度、方位等。雷達(dá)系統(tǒng)不要復(fù)雜的設(shè)計(jì)與繁復(fù)的計(jì)算。雷達(dá)系統(tǒng)的使用不受光線、天氣等因素的干擾。無(wú)論是白天還是黑夜，晴天或者下雨。雷達(dá)系統(tǒng)都能正確的運(yùn)轉(zhuǎn)。由于雷達(dá)系統(tǒng)是靠電磁波反射原理工作的，這會(huì)導(dǎo)致相近的不同雷達(dá)電磁波之間的相互干擾而影響工作效能。但是由于雷達(dá)在準(zhǔn)確提供遠(yuǎn)距離的車輛和障礙物信息方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，因此有其廣闊的前景。汽車?yán)走_(dá)被廣泛的應(yīng)用在汽車ACC系統(tǒng)、防碰撞系統(tǒng)以及駕駛支援系統(tǒng)中。雷達(dá)系統(tǒng)利用電磁波探測(cè)目標(biāo)的距離、速度、方位等。雷達(dá)系統(tǒng)不要73、超聲波傳感器超聲波傳感器是利用超聲波為檢測(cè)方法的傳感器。一般檢測(cè)距離大約1m到5m，但檢測(cè)不出來(lái)詳細(xì)的位置信息，使用超聲波探測(cè)得來(lái)的的數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單、快速。主要用于近距離障礙物的檢測(cè)，4、紅外線傳感器紅外線傳感器是利用紅外線來(lái)進(jìn)行測(cè)量工作的傳感器，技術(shù)更加先進(jìn)。紅外線傳感器不受黑暗、風(fēng)、沙、雨、雪、霧的阻擋，環(huán)境適應(yīng)性好，且功耗低。紅外線傳感器可以增強(qiáng)機(jī)器視覺識(shí)別的可靠性，使黑夜如同白晝，因此常被用于智能汽車中的夜視系統(tǒng)中。3、超聲波傳感器85、多傳感器信息融合

為了克服傳感器的數(shù)據(jù)可靠性低、有效探測(cè)范圍小等局限性,保證在任何時(shí)刻都能為車輛運(yùn)行提供完全可靠的環(huán)境信息,在智能車輛的研究中使用多個(gè)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,利用傳感器信息融合技術(shù)對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、綜合、平衡,根據(jù)各個(gè)傳感器互補(bǔ)特性進(jìn)行容錯(cuò)處理,擴(kuò)大系統(tǒng)的時(shí)頻覆蓋范圍,增加信息維數(shù),避免單個(gè)傳感器的工作盲區(qū),從而得到所需要的環(huán)境信息。5、多傳感器信息融合9三、具體汽車環(huán)境感知技術(shù)實(shí)例1、幾種情況下的道路標(biāo)識(shí)線識(shí)別道路標(biāo)識(shí)線快速準(zhǔn)確的識(shí)別是環(huán)境感知的一項(xiàng)內(nèi)容也是車輛橫向偏航警告技術(shù)的前提條件。以客車為例，道路環(huán)境的多變且異常復(fù)雜充滿了各種不確定因素，導(dǎo)致CCD視覺識(shí)別系統(tǒng)采集道路圖像環(huán)境信息中很大程度上摻雜著如陰影遮擋、可見度低、風(fēng)雪之類等惡劣天氣大量的隨機(jī)干擾因素，這些干擾因素增加了道路標(biāo)識(shí)線檢測(cè)的難度。

三、具體汽車環(huán)境感知技術(shù)實(shí)例1、幾種情況下的道路標(biāo)識(shí)線識(shí)別10圖1、在普通可見度情況下的檢測(cè)結(jié)果圖1、在普通可見度情況下的檢測(cè)結(jié)果11圖2、在低可見度情況下的檢測(cè)結(jié)果圖2、在低可見度情況下的檢測(cè)結(jié)果12圖3、在陰影干擾情況下的檢測(cè)結(jié)果圖3、在陰影干擾情況下的檢測(cè)結(jié)果13圖4、在存在標(biāo)識(shí)符干擾情況下的檢測(cè)結(jié)果圖4、在存在標(biāo)識(shí)符干擾情況下的檢測(cè)結(jié)果14

2、汽車防碰撞系統(tǒng)---駕駛員的第三只眼

汽車防碰撞系統(tǒng)是防止汽車發(fā)生碰撞的一種智能裝置。它能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)可能與汽車發(fā)生碰撞的車輛、行人、或其他障礙物體，發(fā)出警報(bào)或同時(shí)采取制動(dòng)或規(guī)避等措施，以避免碰撞的發(fā)生。

圖5、防碰撞結(jié)構(gòu)組成2、汽車防碰撞系統(tǒng)---駕駛員的第三只眼15

圖6、防碰撞工作過程

圖6163、汽車夜視系統(tǒng)汽車夜視系統(tǒng)是一種利用紅外線技術(shù)，輔助駕駛者在黑暗中看清道路、能將黑夜變得如同白晝、減少事故發(fā)生、增強(qiáng)主動(dòng)安全的系統(tǒng)。夜視系統(tǒng)是將人們?nèi)庋劭床坏降募t外線轉(zhuǎn)化成可見光。絕對(duì)零度以上的物體都要輻射能量。溫度越低，波長(zhǎng)越長(zhǎng)。一般是溫室時(shí)候?yàn)榧t外線。當(dāng)溫度為800度左右，輻射為可見光，這也是為什么鐵燒紅了能看到亮光。紅外線是看不到的，到了晚上也沒有可見光，但仍然在輻射紅外線，人和數(shù)目因溫度不同輻射的紅外線波長(zhǎng)也不同。3、汽車夜視系統(tǒng)17圖7、汽車夜視系統(tǒng)圖7、汽車夜視系統(tǒng)18

圖8、汽車夜視系統(tǒng)

圖8、汽車夜視系統(tǒng)

圖8、汽車夜視系統(tǒng)19四、結(jié)語(yǔ)環(huán)境感知作為車輛主動(dòng)安全領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)，在過去二十年間得到了極大關(guān)注和快速發(fā)展。城市環(huán)境中道路結(jié)構(gòu)多變、車輛類型眾多、環(huán)境背景復(fù)雜，同時(shí)近年來(lái)環(huán)境污染導(dǎo)致霧霾天氣頻發(fā)，這都給智能車輛環(huán)境感知技術(shù)帶來(lái)挑戰(zhàn)。但是隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的不斷降低，環(huán)境感知技術(shù)將發(fā)展的越來(lái)越快，越來(lái)越全面的融入到我們的生活中。四、結(jié)語(yǔ)環(huán)境感知作為車輛主動(dòng)安全領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)，在過去二十年間20謝謝觀看謝謝觀看21智能汽車的環(huán)境感知技術(shù)

智能汽車的環(huán)境感知技術(shù)22一、智能汽車與智能運(yùn)輸系統(tǒng)智能運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS）是通過對(duì)關(guān)鍵基礎(chǔ)理論模型的研究，將先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)、電子控制技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)等有效地應(yīng)用于交通運(yùn)輸系統(tǒng)、從而建立起大范圍內(nèi)發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。21世紀(jì)的ITS將是車和路高度智能化的系統(tǒng)，主要控制交通流量，避免交通堵塞，逐步實(shí)現(xiàn)高速公路上汽車的自動(dòng)安全駕駛。在國(guó)際上ITS已經(jīng)成為解決汽車交通帶來(lái)的各種問題的一種有效手段，一、智能汽車與智能運(yùn)輸系統(tǒng)智能運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS）是通過對(duì)關(guān)鍵23

開發(fā)ITS的目的就是通過當(dāng)前飛速發(fā)展的信息技術(shù)，有效利用現(xiàn)存的道路設(shè)施使得車輛、道路和駕駛者和諧的統(tǒng)一起來(lái)。智能汽車是智能運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS）的關(guān)鍵部分。智能車輛的研究方向包括駕駛員行為分析、環(huán)境感知、極端情況下的自主駕駛、規(guī)范環(huán)境下的自主導(dǎo)航、車輛運(yùn)行控制系統(tǒng)、主動(dòng)安全系統(tǒng)、交通監(jiān)控、車輛導(dǎo)航及協(xié)作、車輛交互通信、軍事應(yīng)用、系統(tǒng)機(jī)構(gòu)、先進(jìn)的安全車輛。開發(fā)ITS的目的就是通過當(dāng)前飛速發(fā)展的信息技術(shù)，有效利24二、汽車的環(huán)境感知技術(shù)介紹汽車的環(huán)境感知主要是運(yùn)用傳感器融合等技術(shù)來(lái)獲得車輛行駛環(huán)境的有用信息，如車流信息、車道狀況信息、周邊車輛的速度信息、行車標(biāo)志信息等等。汽車環(huán)境感知技術(shù)離不開相應(yīng)的傳感器,傳感器將外界的各種信號(hào)轉(zhuǎn)化成能夠識(shí)別的電信號(hào)，其中最重要的就是道路感知模塊,該模塊將先進(jìn)的通訊技術(shù)、信息傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)結(jié)合起來(lái)系統(tǒng)利用。環(huán)境感知技術(shù)主要有環(huán)境感知模塊、分析模塊、控制模塊等組成。二、汽車的環(huán)境感知技術(shù)介紹汽車的環(huán)境感知主要是運(yùn)用傳感器融合25環(huán)境感知的傳感系統(tǒng)主要由機(jī)器視覺識(shí)別系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、超聲波傳感器和紅外線傳感器所組成。1、機(jī)器視覺識(shí)別系統(tǒng)機(jī)器視覺識(shí)別系統(tǒng)是指智能汽車?yán)肅CD等成像元件從不同角度全方位拍攝車外環(huán)境，根據(jù)搜集到的信息得到反映真實(shí)道路的圖像數(shù)據(jù)，然后綜合運(yùn)用各種道路檢測(cè)算法，提取出車道線、道路邊界以及車輛的方位信息，判斷汽車是否有駛出車行道的危險(xiǎn)，當(dāng)情況十分危險(xiǎn)時(shí)，會(huì)通過報(bào)警系統(tǒng)給駕駛員發(fā)出提示和警報(bào)，于此同時(shí)圖像測(cè)控系統(tǒng)還可以根據(jù)視覺導(dǎo)航的輸出，對(duì)車輛的執(zhí)環(huán)境感知的傳感系統(tǒng)主要由機(jī)器視覺識(shí)別系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、超聲波傳26行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，從而自主決定車輛當(dāng)前的前進(jìn)方向和控制車輛自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。機(jī)器視覺具有檢測(cè)范圍廣、信息容量大、成本低等優(yōu)點(diǎn)、并且通過對(duì)其所得圖像進(jìn)行處理可以識(shí)別、檢測(cè)對(duì)象，所以越來(lái)越多的人對(duì)機(jī)器視覺感知車輛行駛環(huán)境產(chǎn)生很大興趣、以致使機(jī)器視覺在智能汽車研究領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用成為最受歡迎的傳感器之一。機(jī)器視覺有其弱點(diǎn)容易受到環(huán)境的影響，在能見度較低時(shí)效果不理想，因此，在傳感器類別中屬于被動(dòng)型。2、雷達(dá)系統(tǒng)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，從而自主決定車輛當(dāng)前的前進(jìn)方向和控制27雷達(dá)系統(tǒng)利用電磁波探測(cè)目標(biāo)的距離、速度、方位等。雷達(dá)系統(tǒng)不要復(fù)雜的設(shè)計(jì)與繁復(fù)的計(jì)算。雷達(dá)系統(tǒng)的使用不受光線、天氣等因素的干擾。無(wú)論是白天還是黑夜，晴天或者下雨。雷達(dá)系統(tǒng)都能正確的運(yùn)轉(zhuǎn)。由于雷達(dá)系統(tǒng)是靠電磁波反射原理工作的，這會(huì)導(dǎo)致相近的不同雷達(dá)電磁波之間的相互干擾而影響工作效能。但是由于雷達(dá)在準(zhǔn)確提供遠(yuǎn)距離的車輛和障礙物信息方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，因此有其廣闊的前景。汽車?yán)走_(dá)被廣泛的應(yīng)用在汽車ACC系統(tǒng)、防碰撞系統(tǒng)以及駕駛支援系統(tǒng)中。雷達(dá)系統(tǒng)利用電磁波探測(cè)目標(biāo)的距離、速度、方位等。雷達(dá)系統(tǒng)不要283、超聲波傳感器超聲波傳感器是利用超聲波為檢測(cè)方法的傳感器。一般檢測(cè)距離大約1m到5m，但檢測(cè)不出來(lái)詳細(xì)的位置信息，使用超聲波探測(cè)得來(lái)的的數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單、快速。主要用于近距離障礙物的檢測(cè)，4、紅外線傳感器紅外線傳感器是利用紅外線來(lái)進(jìn)行測(cè)量工作的傳感器，技術(shù)更加先進(jìn)。紅外線傳感器不受黑暗、風(fēng)、沙、雨、雪、霧的阻擋，環(huán)境適應(yīng)性好，且功耗低。紅外線傳感器可以增強(qiáng)機(jī)器視覺識(shí)別的可靠性，使黑夜如同白晝，因此常被用于智能汽車中的夜視系統(tǒng)中。3、超聲波傳感器295、多傳感器信息融合

為了克服傳感器的數(shù)據(jù)可靠性低、有效探測(cè)范圍小等局限性,保證在任何時(shí)刻都能為車輛運(yùn)行提供完全可靠的環(huán)境信息,在智能車輛的研究中使用多個(gè)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,利用傳感器信息融合技術(shù)對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、綜合、平衡,根據(jù)各個(gè)傳感器互補(bǔ)特性進(jìn)行容錯(cuò)處理,擴(kuò)大系統(tǒng)的時(shí)頻覆蓋范圍,增加信息維數(shù),避免單個(gè)傳感器的工作盲區(qū),從而得到所需要的環(huán)境信息。5、多傳感器信息融合30三、具體汽車環(huán)境感知技術(shù)實(shí)例1、幾種情況下的道路標(biāo)識(shí)線識(shí)別道路標(biāo)識(shí)線快速準(zhǔn)確的識(shí)別是環(huán)境感知的一項(xiàng)內(nèi)容也是車輛橫向偏航警告技術(shù)的前提條件。以客車為例，道路環(huán)境的多變且異常復(fù)雜充滿了各種不確定因素，導(dǎo)致CCD視覺識(shí)別系統(tǒng)采集道路圖像環(huán)境信息中很大程度上摻雜著如陰影遮擋、可見度低、風(fēng)雪之類等惡劣天氣大量的隨機(jī)干擾因素，這些干擾因素增加了道路標(biāo)識(shí)線檢測(cè)的難度。

三、具體汽車環(huán)境感知技術(shù)實(shí)例1、幾種情況下的道路標(biāo)識(shí)線識(shí)別31圖1、在普通可見度情況下的檢測(cè)結(jié)果圖1、在普通可見度情況下的檢測(cè)結(jié)果32圖2、在低可見度情況下的檢測(cè)結(jié)果圖2、在低可見度情況下的檢測(cè)結(jié)果33圖3、在陰影干擾情況下的檢測(cè)結(jié)果圖3、在陰影干擾情況下的檢測(cè)結(jié)果34圖4、在存在標(biāo)識(shí)符干擾情況下的檢測(cè)結(jié)果圖4、在存在標(biāo)識(shí)符干擾情況下的檢測(cè)結(jié)果35

2、汽車防碰撞系統(tǒng)---駕駛員的第三只眼

汽車防碰撞系統(tǒng)是防止汽車發(fā)生碰撞的一種智能裝置。它能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)可能與汽車發(fā)生碰撞的車輛、行人、或其他障礙物體，發(fā)出警報(bào)或同時(shí)采取制動(dòng)或規(guī)避等措施，以避免碰撞的發(fā)生。

圖5、防碰撞結(jié)構(gòu)組成2、汽車防碰撞系統(tǒng)---駕駛員的第三只眼36