CN105842678A - 车辆中用于对激光雷达数据进行滤波的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于对激光雷达数据进行滤波的系统及方法。该系统包括激光雷达数据采集器，其配置成从激光雷达采集激光雷达数据并以矩阵结构储存激光雷达数据。噪声点确定器配置成确定第一滤波条件、第二滤波条件、第三滤波条件是否满足，其中第一滤波条件用于确定在激光雷达数据中在预定参考距离内是否存在点，第二滤波条件用于确定以矩阵结构中的参考点为参考左右相邻存在的点是否为第一参考值或小于第一参考值，并且第三滤波条件用于确定以参考点为参考上下相邻存在的点是否为第二参考值或小于第二参考值。

Description

车辆中用于对激光雷达数据进行滤波的系统及其方法

技术领域

本发明涉及对激光雷达(LiDAR：Light Detection And Ranging(光探测和测距))数据进行滤波的系统及其方法，更具体地涉及从由激光雷达测量得到的数据中消除雨雪点(snow or rain point)的技术。

背景技术

近来，在各种领域中积极使用的激光雷达系统以结合先进设备，诸如航空器、激光扫描仪、GPS(Global Positioning System：全球定位系统)、INS(Inertial Navigation System：惯性导航系统)等的形式运用。基于运用方法，激光雷达系统可分为航空激光雷达系统和地面激光雷达系统。这些激光雷达系统按每个恒定光点尺寸(spot size)，均可获得精确的三维坐标。此外，与现有的航空摄影测量法相比，激光雷达系统具有高效、经济的优点，并且可以有效获得观察区域的数字高程数据和几何信息等。

具体地，为了确定诸如车辆自主驾驶(autonomous driving)等用于车辆安全系统的车辆的前方障碍物，近来已经利用比超声波、雷达等更精确的激光雷达系统。然而，激光雷达数据包括在量程内的所有物体，而雨雪等并非障碍物，因此可能被误识别为特定物体。相似地，当雨雪被误识别为障碍物时，可发生车辆内的系统，诸如车辆自主加速系统的误操作，并因此车辆运转的稳定性可能下降。

发明内容

根据本发明的示例性实施例提供配置成对激光雷达数据进行滤波的系统及其方法，其能够通过消除激光雷达数据的雨雪点来提供更精确的激光雷达数据。

根据本发明的示例性实施例的一种用于对激光雷达数据进行滤波的系统，可包括：激光雷达数据采集器，其配置成从上述激光雷达采集激光雷达数据并以矩阵结构储存上述激光雷达数据；以及噪声点确定器，其配置成确定第一滤波条件、第二滤波条件和第三滤波条件是否满足，其中上述第一滤波条件用于确定在上述激光雷达数据中在预定参考距离内是否存在点，上述第二滤波条件用于确定以上述矩阵结构中的参考点为参考左右相邻存在的点是否为第一参考值或小于第一参考值，并且上述第三滤波条件用于确定以上述参考点为参考上下相邻存在的点是否为第二参考值或小于第二参考值。

另外，上述噪声点确定器可配置成将满足上述第一滤波条件、上述第二滤波条件、以及上述第三滤波条件的参考点确定为噪声点。上述系统还可包括：配置成消除上述激光雷达数据中的噪声点的噪声点消除器。在上述第一滤波条件中，上述预定参考距离可设在距上述激光距雷达约10m内，在上述第二滤波条件中，上述第一参考值可设为至少为1。在上述第三滤波条件中，上述第二参考值可设为至少为1。

根据本发明的一种用于对激光雷达数据进行滤波的方法，可包括如下步骤：以矩阵结构储存上述激光雷达数据；确定第一滤波条件是否满足，上述第一滤波条件用于确定在上述激光雷达数据中在预定参考距离内是否存在点；当上述第一滤波条件满足时，确定第二滤波条件是否满足，上述第二滤波条件用于确定以上述矩阵结构中的参考点为参考左右相邻存在的点是否为第一参考值或小于第一参考值；以及当上述第二滤波条件满足时，确定第三滤波条件是否满足，上述第三滤波条件用于确定以上述参考点为参考上下相邻存在的点是否为第二参考值或小于第二参考值。

另外，上述方法还可包括如下步骤：将满足上述第一滤波条件、上述第二滤波条件和上述第三滤波条件的参考点确定为噪声点。上述方法还可包括如下步骤：通过上述控制器消除上述激光雷达数据中的噪声点。在上述第一滤波条件中，上述预定参考距离可在距上述激光雷达约10m内，在上述第二滤波条件中，上述第一参考值可至少为1，在上述第三滤波条件中，上述第二参考值可至少为1。因此，本技术可更有效地从激光雷达数据中滤除雨雪点。此外，通过增加雷达数据的精确性，本技术可以改善使用激光雷达数据的相关系统的车辆的可靠性。

附图说明

从结合附图进行的以下具体实施方式中，本发明的上述和其他目标、特征和优点将更加明显，其中：

图1为根据本发明示例性实施例的用于对激光雷达数据进行滤波的系统的示例性结构图；

图2为示出根据本发明示例性实施例的用于对激光雷达数据进行滤波的方法的示例性流程图；

图3为说明根据本发明示例性实施例的第一滤波条件的示例性图；

图4为说明根据本发明示例性实施例的由雨滴占据的点的数目的示例性图；

图5为说明根据本发明示例性实施例的第二和第三滤波条件的示例性图；

图6A为根据本发明示例性实施例的包括噪声点(雨雪点)的激光雷达数据的示例性图；以及

图6B为根据本发明示例性实施例消除噪声点的示例性图。

附图标记说明

110：激光雷达数据采集器；

120：噪声点确定器；

130：噪声点消除器；

200：激光雷达；

300：显示器；

400：存储器。

具体实施方式

应理解，本文使用的术语“车辆”(vehicle)或“车辆的”(vehicular)或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)在内的乘用车、公交车、卡车、各种商务车、包括各种船只和船舶的水运工具、飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合电动车辆、氢动力车辆、燃料电池车辆和其它代用燃料车辆(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。

虽然示例性实施例被描述为使用多个单元执行示例性进程，但是应该理解示例性进程也可以由一个或多个模块执行。此外，应该理解术语“控制器/控制单元”是指包括存储器和处理器的硬件装置。该存储器配置为存储上述模块，而处理器具体配置为执行上述模块，以便执行下面进一步描述的一个或多个处理。

此外，本发明的控制逻辑也可具体化为计算机可读介质上的非瞬时性计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的例子包括但不限于ROM、RAM、CD-ROM(只读光盘)，磁带、软盘、闪盘(flash drive)、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在连接网络(network coupled)的计算机系统中，以便例如通过远程服务器(telematics server)或控制器局域网(CAN：Controller Area Network)以分布形式存储和执行计算机可读介质。

本文使用的术语仅仅是为了说明示例性实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种(a、an和the)”也意在包括复数形式，除非上下文中清楚指明。还可以理解的是，在说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising)”是指存在所述特征、整数(Integer，整体)、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

如本文所使用的，除非特别声明或从上下文中明显看出，术语“约(about)”应理解为处于本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准差内。“大约”可理解为在标注值(stated value)的10％，9％，8％，7％，6％，5％，4％，3％，2％，1％，0.5％，0.1％，0.05％，或0.01％内。除非从上下文中另外明确地看出，否则本文所提供的所有数值被术语“大约”修饰(限制)。

在下文中，为了详细解释到本领域的一般技术人员可以轻易实施本发明的技术概念的程度，将参照附图描述本发明的示例性实施例。

本发明公开了通过更有效地从由激光雷达测量的激光雷达数据中滤除雨雪点，能够提高激光雷达数据可靠性的技术。在下文中，参考图1到图6B，详细描述本发明的示例性实施例。

图1是根据本发明示例性实施例的用于对激光雷达数据进行滤波的系统的示例性结构图。根据本发明的用于对激光雷达数据进行滤波的系统可包括激光雷达滤波器100、激光雷达200、显示器300和存储器400。激光雷达滤波器100、激光雷达200、显示器300和存储器400可由具有处理器和存储器的控制器操作。

激光雷达滤波器100可配置成从由激光雷达200测量得到的激光雷达数据中滤除雨雪点。相应地，激光雷达滤波器100可包括激光雷达数据采集器110、噪声点确定器120和噪声点消除器130。激光雷达数据采集器110可配置成采集激光雷达200为物体测量的激光雷达数据并以矩阵结构储存该数据。激光雷达200可配置成将测量条件设为FOV 100°、分辨率(resolution)0.5°和4层(layer)。

参考图3，激光雷达200的测量起点和终点之间的间隔可以为100°，并且100°除以0.5是200。即，测量可从左到右地每次0.5°地执行约200次，并因此生成200个激光雷达数据。因此，激光雷达数据采集器110可配置成按照从左到右200个并且从上到下4个的方式生成矩阵结构。即，矩阵结构可储存成200*4的形式。每层的数据可从左到右地储存。噪声点确定器120可配置成确定激光雷达数据中的点是否满足以下3个滤波条件，并且当以下三个滤波条件满足时，确定该数据为噪声(如雨雪)点。第一，如图3所示，激光雷达数据中的雨雪点可能存在于激光雷达200的约10m内。所以，噪声点确定器120可配置成确定在激光雷达数据中距激光雷达200约10m内是否存在噪声点。

此外，对于一般物体，上下和左右连续的点的数目至少为两个或更多。即，对于障碍物，诸如车辆、人等，由于物体比雨滴或雪大，所以可显示至少两个或更多的点。如图4所示，三个点P1、P2和P3来标记雨滴R，并且对于雨滴或雪，该噪声可由上下或左右的两个或更少的点组成。即，对于雨滴R，点P1和P3可能出现在上下，而点P2和P3可能出现在左右。以P2点为参考，至少1个或更少的点P1可出现在上下，并且，至少一个或更少的点P3可出现在左右。

第二，可确定在激光雷达数据中，以参考点为参考，左右相邻的基本上恒定的距离内存在的点是否至少为1个或更少。相邻的恒定距离可为约0.5°间隔，如图4中的d。第三，可确定在激光雷达数据中，以参考点为参考，上下相邻的基本上恒定的距离内存在的点是否为至少1个或更少。具体地，对于4层，以第二层的点为参考，可以确定在1层和3层之间存在的点的数目。

如图6B所示，当噪声N由噪声点确定器120确定时，噪声点消除器130可配置成，如图6B所示，从激光雷达数据中消除噪声。激光雷达200可以为使用激光束的雷达，并且可配置成将测量车辆前方的障碍物等的激光雷达数据传输到激光雷达滤波器100。显示器300可配置成在屏幕上显示消除了雨雪点的激光雷达数据。存储器400可配置成储存从激光雷达200中采集的激光雷达数据，并且在噪声滤波完成时将激光雷达数据储存。因此，当在激光雷达数据中，在距激光雷达约10m内存在点时，通过确定以参考点为中心左右、上下连续的点的数目是否为1个或更少来确定噪声(例如，雨雪)点并且消除所确定的噪声点，由此本发明可以改善激光雷达数据的精确度。

在下文中，参考图2，将详细描述用于对激光雷达数据进行滤波的方法。首先，激光雷达数据采集器可配置成从激光雷达200获得激光雷达数据(S101)，并且以矩阵结构储存激光雷达数据(S102)。例如，激光雷达200的测量条件可设为FOV 100°、分辨率0.5°和4层，该矩阵可由200*4的结构组成。然后，噪声点确定器120可配置成确定该点是否存在于距激光雷达200约10m内(S103)，当在激光雷达数据中的雨雪点经观测在距激光雷达200约5m或10m内时，确定在最大10m内观测到的点为雨雪点。

随后，噪声点确定器120可配置成确定以参考点P(n，m)为参考，左右相邻的测量角内存在的点的数目是否为1个或更少(S104)。即，可以确定位于与参考点P(n,m)左右相邻的点P(n,m+1)、P(n,m+2)、P(n,m-2)、P(n,m-1)内的点的数目是否为1个或更少。另外，噪声点确定器120可配置成确定以参考点P(n,m)为参考，上下相邻的测量角内存在的点的数目是否为1个或更少(S104)。即，可以确定位于与参考点P(n,m)上下相邻的点P(n+1,m)、P(n-1,m)内的点的数目是否为1个或更少。

如图4所示，对于雨点或雪，该点可由2个或更少的点组成。当参考点为P3时，左相邻的点P2为1个，并且上部相邻的点P1由1个组成。因此，在处理S105、S106中，可以确定以参考点为中心，左右、上下各相邻的点是否为1个或更少。当上述处理S104、S105、S106的条件满足时，噪声点确定器120可配置成将参考点和相邻点确定为雨雪点。

此外，为了确定靠近参考点的点，可以确定是否将m增加1(S107)，并且响应于确定，m可增加1(S108)，且上述处理S104-S106可重复执行。即，当n为0到3且m为0到199时，如果m为198，该点可以增加1并且用于确定第199个点是否为噪声点的上述处理S104-S106可以重复执行，并且当m为199时，由于m不能进一步增加，所以n可增加1(S109)。当激光雷达数据中显示的参考点满足上述三个滤波条件时，本发明可确定噪声点，并且确定矩阵结构的数据是否满足这三个滤波条件。

如图6A所示，当噪声点N被确定时，噪声点消除器130可配置成，通过消除噪声点N，如图6B所示，提供经滤波的激光雷达数据。因此，本发明可从激光雷达数据中更有效地消除噪声点，尤其是雨雪点，并且因此通过减少将雨雪点误认为障碍物的概率，可提高障碍物探测的精确性。因此，本发明可以改善车辆系统的可靠性，诸如车辆自主驾驶系统、车辆安全系统等。

如上所述的本发明的优选实施例是为说明的目的，通过所附权利要求的精神和范围，本领域技术人员可做出各种修改、改变、替换和添加、变化等等，并且其应解释为，所附权利要求包括这些修改、变形等。

Claims (10)

1.一种用于对激光雷达数据进行滤波的系统，其包括：

激光雷达数据采集器，其配置成从所述激光雷达采集激光雷达数据并以矩阵结构储存所述激光雷达数据；以及

噪声点确定器，其配置成确定第一滤波条件、第二滤波条件和第三滤波条件是否满足，其中所述第一滤波条件用于确定在所述激光雷达数据中在预定参考距离内是否存在点，所述第二滤波条件用于确定以所述矩阵结构中的参考点为参考左右相邻存在的点是否为第一参考值或小于第一参考值，并且所述第三滤波条件用于确定以所述参考点为参考上下相邻存在的点是否为第二参考值或小于第二参考值。

2.根据权利要求1所述的用于对激光雷达数据进行滤波的系统，其中所述噪声点确定器配置成将满足所述第一滤波条件、所述第二滤波条件、以及所述第三滤波条件的参考点确定为噪声点。

3.根据权利要求2所述的用于对激光雷达数据进行滤波的系统，其中，所述系统还包括：

配置成消除所述激光雷达数据中的噪声点的噪声点消除器。

4.根据权利要求1所述的用于对激光雷达数据进行滤波的系统，其中，在所述第一滤波条件中，所述预定参考距离在距所述激光距雷达约10m内。

5.根据权利要求1所述的用于对激光雷达数据进行滤波的系统，其中，在所述第二滤波条件中，所述第一参考值至少为1。

6.根据权利要求1所述的用于对激光雷达数据进行滤波的系统，其中，在所述第三滤波条件中，所述第二参考值至少为1。

7.一种用于对激光雷达数据进行滤波的方法，其包括如下步骤：

通过控制器以矩阵结构储存所述激光雷达数据；

通过所述控制器确定第一滤波条件是否满足，所述第一滤波条件用于确定在所述激光雷达数据中在预定参考距离内是否存在点；

当所述第一滤波条件满足时，通过所述控制器确定第二滤波条件是否满足，所述第二滤波条件用于确定以所述矩阵结构中的参考点为参考左右相邻存在的点是否为第一参考值或小于第一参考值；以及

当所述第二滤波条件满足时，通过所述控制器确定第三滤波条件是否满足，所述第三滤波条件用于确定以所述参考点为参考上下相邻存在的点是否为第二参考值或小于第二参考值。

8.根据权利要求7所述的用于对激光雷达数据进行滤波的方法，其中，所述方法还包括如下步骤：

通过所述控制器将满足所述第一滤波条件、所述第二滤波条件和所述第三滤波条件的参考点确定为噪声点。

9.根据权利要求8所述的用于对激光雷达数据进行滤波的方法，其中，所述方法还包括如下步骤：

通过所述控制器消除所述激光雷达数据中的噪声点。

10.根据权利要求9所述的用于对激光雷达数据进行滤波的方法，其中，在所述第一滤波条件中，所述预定参考距离在距所述激光雷达约10m内，在所述第二滤波条件中，所述第一参考值至少为1，在所述第三滤波条件中，所述第二参考值至少为1。