CN114137570A

CN114137570A - 一种激光雷达盲区补偿系统、方法及存储介质

Info

Publication number: CN114137570A
Application number: CN202111286673.4A
Authority: CN
Inventors: 李丰军; 周剑光; 吴圆峰; 张超; 孙茂明
Original assignee: China Automotive Innovation Co Ltd
Current assignee: China Automotive Innovation Co Ltd
Priority date: 2021-11-02
Filing date: 2021-11-02
Publication date: 2022-03-04

Abstract

本发明公开了一种激光雷达盲区补偿系统、方法及存储介质，该系统包括激光雷达探头组和盲区补偿控制系统，所述盲区补偿控制系统包括雷达调节模块、信息获取模块和信号处理模块；所述激光雷达探头组用于发射激光并识别目标物体，所述激光雷达探头组包括多个补盲激光探头；所述信息获取模块获取所述补盲激光探头的布置信息和发射信息；所述信号处理模块根据所述补盲激光探头的所述布置信息和所述发射信息，计算出当前盲区信息；所述雷达调节模块用于调节所述补盲激光探头的位姿，以调节所述当前盲区信息。可精确的计算出当前盲区信息，并通过调节多个补盲激光探头，将盲区减少。

Description

一种激光雷达盲区补偿系统、方法及存储介质

技术领域

本发明涉及一种激光雷达技术领域，具体为一种激光雷达盲区补偿系统、方法及存储介质。

背景技术

自动驾驶汽车是一个集环境感知、规划决策、运动控制、多级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、V2X通讯、人工智能及自动控制等技术，自动驾驶的关键技术依次可以分为环境感知、行为决策、路径规划和运动控制四大部分。而自动驾驶关键的环境感知用来采集周围环境的基本信息，也是自动驾驶的基础。自动驾驶汽车通过传感器来感知环境，传感器又分为好多种，比如摄像头、超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达等。激光雷达以其探测距离较远，探测精度高，稳定性高，鲁棒性好的优点，成为了自动驾驶的核心感知设备。

激光雷达是通过测定传感器发射器与目标物体之间的传播距离，分析目标物体表面的反射能量大小、反射波谱的幅度、频率和相位等信息，从而呈现出目标物精确的三维结构信息。激光雷达主要由激光发射、激光接收、光束操纵和信息处理四大系统组成。激光雷达有众多分类方法，从光束操纵方法上分为机械式、混合固态和全固态三种。

目前，大多数自动驾驶车辆方案中，由于激光雷达垂直视场角范围以及顶置安装方式的限制，车身四周近场区域会出现激光雷达难以覆盖的感知盲区，这个区域潜在的低矮障碍物(常见如宠物、小孩等)，隐藏着极大的风险。这对于所有准备落地的自动驾驶方案，是急需解决的问题。

目前对于解决自动驾驶盲区常见的方案是顶置1个机械式高线束主雷达，车顶两边各增加一个倾斜安装的低线数机械式激光雷达辅助，以达到盲区覆盖效果。也有一些方案是利用激光雷达、毫米波雷达和摄像头等多传感器进行感知融合，来覆盖视野盲区。然而，这些方案在布置激光雷达时存在以下一些问题。

1.低线数激光雷达并非针对补盲设计，安装时也没有进行安装位置和安装角度的精确计算，在贴近车身的位置依然存在小范围盲区。这部分盲区的大小未知，对于多传感融合的方案来说，也难以用其他传感器准确的覆盖剩下的盲区范围，从而可能会带来盲区未被完全覆盖或者传感器布置太多造成过分冗余的现象出现。对于车尾后下方盲区和车头前下方盲区，倾斜安装低线数激光雷达补盲，起到的作用也微乎其微。

2.由于机械式激光雷达核心组件价格昂贵，光路调试、装配复杂、生产周期漫长等因素导致难以规模量产。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明公开一种激光雷达盲区补偿系统，能够通过设置侧向补盲雷达，对车辆进行补盲，侧向补盲雷达根据盲区信息进行调节，达到优化盲区信息的效果。该系统包括激光雷达探头组和盲区补偿控制系统，所述盲区补偿控制系统包括雷达调节模块、信息获取模块和信号处理模块；

所述激光雷达探头组用于发射激光并识别目标物体，所述激光雷达探头组包括多个补盲激光探头；

所述信息获取模块获取所述补盲激光探头的布置信息和发射信息；

所述信号处理模块根据所述补盲激光探头的所述布置信息和所述发射信息，计算出当前盲区信息；

所述雷达调节模块用于调节所述补盲激光探头的位姿，以调节所述当前盲区信息。

更进一步地，所述补盲激光探头可转动的设在车身侧边；所述补盲激光探头包括前补盲雷达、后补盲雷达和侧向补盲雷达，所述侧向补盲雷达对称分布在汽车的两侧。

更进一步地，所述激光雷达探头组均采用混合固态式激光雷达。

另一方面，本申请还提供一种激光雷达盲区补偿方法，该方法是基于上述的激光雷达盲区补偿系统执行的，该方法包括：

获取补盲激光探头的布置信息和发射信息；

根据所述补盲激光探头的所述布置信息和所述发射信息，计算出当前盲区信息；

当所述当前盲区信息大于盲区阈值时，调节所述补盲激光探头的位姿，使得所述当前盲区信息小于或等于所述盲区阈值。

更进一步地，所述布置信息为所述补盲激光探头的离地距离，所述发射信息为所述补盲激光探头的激光发射角度。

更进一步地，所述计算出当前盲区信息包括：计算所述补盲激光雷达发射激光时的垂直视场盲区宽度，其公式为：

L＝Hcotβ

其中，L为补盲激光雷达垂直视场盲区宽度，H为补盲激光雷达离地距离，β为补盲激光雷达的垂直视场的激光发射角度平行于地面的下半部分激光发射角度。

更进一步地，所述调节所述补盲激光探头的位姿包括：

当所述补盲激光雷达垂直视场盲区宽度大于盲区宽度阈值时，调节所述补盲激光探头的俯仰角度，调整角度为γ，其中β+γ≥90，0≤γ≤β。

更进一步地，所述计算出当前盲区信息包括：计算所述补盲激光雷达发射激光时的垂直视场盲区体积。

更进一步地，所述调节所述补盲激光探头的位姿包括：

当所述补盲激光雷达发射激光时的垂直视场盲区体积大于盲区体积阈值，调节所述补盲激光探头的俯仰角度。

第三方面，本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行如上述的一种激光雷达盲区补偿方法。

实施本发明，具有如下有益效果：

1.通过雷达探头对车辆前方精准检测，多个补盲激光探头起到补盲功能，通过信号处理模块计算出盲区信息，针对盲区信息自动调整补盲激光雷达，降低盲区信息，提高行车安全指数。

2.通过信号处理模块获取的补盲激光探头的布置信息和发射信息，精确的计算出补盲激光雷达垂直视场盲区宽度，可为激光雷达以及其他传感器的布置方案提供数据支撑。

3.通过补盲激光雷达垂直视场盲区宽度来判断是否需要调节补盲激光雷达的位姿，并可以通过信息获取模块获取的信息来计算出补盲激光雷达垂直最少需要调整的俯仰角度，激光几乎覆盖全部盲区。

4.本申请运用范围广泛，可实施在各种车型上，不受车辆的长度，宽度和高度的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本实施例提供的激光雷达盲区补偿系统布局图；

图2为本实施例提供的盲区补偿控制系统结构框图；

图3为本实施例提供的发射的激光平行视场区域图；

图4为本实施例提供的激光雷达探头组发射的激光平行视场区域图；

图5为本实施例提供的激光雷达盲区补偿方法流程图；

图6为本实施例提供的前、后补盲雷达的发射激光垂直视场区域图；

图7为本实施例提供的侧向补盲雷达的发射激光垂直视场区域图；

图8为本实施例提供的补盲激光探头转动角度细节图；

图9为本实施例提供的调整后的前、后补盲雷达的发射激光垂直视场区域图；

图10为本实施例提供的调整后的侧向补盲雷达的发射激光垂直视场区域图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例

本实施例中，本发明所要解决的技术问题在于通过设置侧向补盲雷达，对车辆侧边进行补盲，侧向补盲雷达根据盲区信息进行调节，达到优化盲区信息的效果，该盲区补偿系统包括激光雷达探头组和盲区补偿控制系统12，雷达补偿控制系统包括雷达调节模块121、信息获取模块122和信号处理模块123；激光雷达探头组用于发射激光并识别目标物体，激光雷达探头组包括至少一个主雷达探头和多个补盲激光探头；补盲激光探头如图1所示，补盲激光探头共设有6个，分别为前补盲雷达111、后补盲雷达112和侧向补盲雷达，前补盲雷达111设在车辆中轴线上，前车牌附近；后补盲雷达112设在中轴线的后车牌附近；侧向补盲雷达包括第一侧向补盲雷达113、第二侧向补盲雷达114、第三侧向补盲雷达115和第四侧向补盲雷达116，第一侧向补盲雷达113与第二侧向补盲雷达114在距离车头横向距离相同，沿车身中轴两侧对称位置布置，第三侧向补盲雷达115与第四侧向补盲雷达116布置的位置与车尾横向距离相同，沿车辆中轴两侧的对称位置。

如图2所示的盲区补偿控制系统框图，信息获取模块122获取补盲激光探头的布置信息和发射信息，信号处理模块123根据补盲激光探头的布置信息和发射信息，计算出当前盲区信息，雷达调节模块121用于调节补盲激光探头的位姿，以调节当前盲区信息。

如3所示的侧向补盲雷达探头发射的激光覆盖区域图，第一覆盖区域41是前补盲雷达111的激光覆盖区域，第二覆盖区域42是后补盲雷达112的激光覆盖区域，第三覆盖区域43、第四覆盖区域44、第五覆盖区域45和第六覆盖区域46分别是第一侧向补盲雷达113、第二侧向补盲雷达114、第三侧向补盲雷达115和第四侧向补盲雷达116的激光覆盖区域，在补盲激光探头工作时，侧向补盲雷达和前补盲雷达111与后补盲雷达112存在激光未覆盖的区域，如图3中的第一盲区31和第二盲区32，由于车辆前面部分是雷达监测的重点部分，因此在车辆顶部设置一个主雷达探头110，用于补偿第一盲区31，如图4所示的主雷达探头的覆盖效果，为达覆盖效果，将主雷达110探头设在车顶与前挡风玻璃交界处，主雷达探头的水平视场激光覆盖角度范围可达180°，可将第一盲区31覆盖，而车尾部的第二盲区32采用覆盖角度较广的后补盲雷达，将第二盲区32覆盖，因此水平视场的盲区覆盖已经解决。作为具体的，激光雷达探头组均采用便于量产和装配的混合固态式激光雷达代替常规的机械式激光雷达进行布置，混合固态激光雷达价格较低、装配相对简单，能够达到量产要求的同时，也符合车规级的要求。主雷达探头具备大水平视场、中等垂直视场和优异的测距性能，其他补盲激光探头具有大水平视场、大垂直视场和一般的测距性能即可，使得整套系统具备最佳性价比。每个激光雷达的测距能力、视场角等性能参数都以灵活配置，通过不同的视场拼接方案灵活地解决视场盲区问题。

另外，如图5所示，本实施例还提提供一种激光雷达盲区补偿方法，该方法是基于上述的激光雷达盲区补偿方法执行的，该方法步骤包括：

S1：获取补盲激光探头的布置信息和发射信息；

在本实施例中，获取布置信息对应是获取补盲激光探头的离地距离，发射信息对应的是补盲激光探头的发射角度，该信息均通过信息获取模块122获取。

S2：根据所述补盲激光探头的所述布置信息和所述发射信息，计算出当前盲区信息；

根据获取的补盲激光探头的离地距离和补盲激光探头的发射角度计算出当前的盲区信息，当前盲区信息为补盲激光雷达发射激光时的垂直视场盲区宽度，如图6-7所示，包括车身2、前补盲雷达111与后补盲雷达112，其中，L₁与L₂分别为前补盲雷达111与后补盲雷达112的发射激光时的垂直视场盲区宽度，第三盲区33与第四盲区34分别是第一侧向补盲雷达113与第二侧向补盲雷达114的垂直视场盲区，L₃与L₄分别为第一侧向补盲雷达113与第二侧向补盲雷达114的垂直视场盲区宽度，由于第三侧向补盲雷达115与第四侧向补盲雷达116的垂直视场盲区宽度与第一侧像补盲雷达113和第二侧向补盲雷达114的垂直视场盲区宽度的算法一致，在此不做赘述。

第一覆盖区域41为前补盲雷达111的激光覆盖区域，将第一覆盖区域41在前补盲雷达111处沿水平方向分成上、下两个区域，两个区域激光发射角度分别是β₁₂和β₁₁，信息获取模块122可获取两个区域激光发射角度分别是β₁₂和β₁₁，同理，将第二覆盖区域42分为激光发射角度为β₂₂和β₂₁的两个区域，第三覆盖区域43分为激光发射角度为β₃₂和β₃₁的两个区域，第四覆盖区域44分为激光发射角度为β₄₂和β₄₁的两个区域；前补盲雷达111离地面高度为H₁，通过三角函数公式可以算出前补盲雷达111的垂直视场盲区宽度L₁，其公式为：

L₁＝H₁cotβ₁₁

同理可得：

L₂＝H₂cotβ₂₁

L₃＝H₃cotβ₃₁

L₄＝H₄cotβ₄₁

其中，L₂、L₃和L₄分别为后补盲雷达112、第一侧向补盲雷达113和第二侧向补盲雷达114的垂直视场盲区宽度；H₂、H₃和H₄分别为后补盲雷达112、第一侧向补盲雷达113和第二侧向补盲雷达114的离地高度；β₂₁、β₃₁和β₄₁分别为后补盲雷达112、第一侧向补盲雷达113和第二侧向补盲雷达114的沿水平切割向下区域的激光发射角度。

S3：当所述当前盲区信息大于盲区阈值时，调节所述补盲激光探头的位姿，使得所述当前盲区信息小于或等于所述盲区阈值。

预先设置一个盲区阈值，由于车辆的结构设置不同，存在调节误差，很难将盲区调节为零，因此在实际操作中，一般不会将盲区阈值设为零，当补盲激光雷达垂直视场盲区宽度大于盲区宽度阈值时，调节补盲激光探头的俯仰角度，调整角度为γ_i，如图8所示，β_i1与β_i2为补盲激光探头的激光发射角，当β_i1与调整角度γ_i之和大于或等于90°时，垂直视场的盲区宽度几乎为零，因此，可以计算出调整角度γ_i的最小值为γ_i＝90-β_i1(0≤γ_i≤β_i1)，由公式可以得出补盲激光探头所需调整角度的计算公式：

γ₁＝90-β₁₁(0≤γ₁≤β₁₁)

γ₂＝90-β₂₁(0≤γ₂≤β₂₁)

γ₃＝90-β₃₁(0≤γ₃≤β₃₁)

γ₄＝90-β₄₁(0≤γ₄≤β₄₁)

其中，γ₁、γ₂、γ₃和γ₄分别为前补盲雷达111、后补盲雷达112、第一侧向补盲雷达113和第二侧向补盲雷达114所需的最小转动角度，通过雷达调节模块121控制补盲激光探头的调节，使补盲激光探头发射激光的盲区降到最低，如图9-10所示的调整后的盲区视图。本实施例不受车型的限制，可在高大的货车上实施，若车辆过长，可多设置几个侧向补盲雷达，减少盲区。

本申请还提供另一种实施例，通过获取补盲激光雷达的设置位置和发射激光角度来计算补盲激光雷达发射激光时的垂直视场盲区面积或者体积，预先设置一个盲区面阈值或者盲区体积阈值，当补盲激光雷达发射激光时的垂直视场盲区面积或者体积大于盲区面积阈值或者盲区体积阈值，调节所述补盲激光探头的俯仰角度，以减少盲区的面积或体积。

本申请还提供存储介质可设置于服务器之中以保存用于实现方法实施例中的相关的至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，该至少一条指令、该至少一段程序、该代码集或指令集由该处理器加载并执行以实现上述方法实施例提供的激光雷达盲区补偿方法。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以位于计算机网络的多个网络服务器中的至少一个网络服务器。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

实施本实施例，具有如下效果：

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置和服务器实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种激光雷达盲区补偿系统，其特征在于，包括激光雷达探头组和盲区补偿控制系统，所述盲区补偿控制系统包括雷达调节模块、信息获取模块和信号处理模块；

2.根据权利要求1所述的一种激光雷达盲区补偿系统，其特征在于：

所述补盲激光探头可转动的设在车身侧边；所述补盲激光探头包括前补盲雷达、后补盲雷达和侧向补盲雷达，所述侧向补盲雷达对称分布在汽车的两侧。

3.根据权利要求1或2所述的一种激光雷达盲区补偿系统，其特征在于，所述激光雷达探头组均采用混合固态式激光雷达。

4.一种激光雷达盲区补偿方法，该方法是基于权利要求1-3任意一项所述的激光雷达盲区补偿系统执行的，其特征在于，该方法包括：

获取补盲激光探头的布置信息和发射信息；

5.根据权利要求4所述的一种激光雷达盲区补偿方法，其特征在于，所述布置信息为所述补盲激光探头的离地距离，所述发射信息为所述补盲激光探头的激光发射角度。

6.根据权利要求4或5所述的一种激光雷达盲区补偿方法，其特征在于，所述计算出当前盲区信息包括：计算所述补盲激光雷达发射激光时的垂直视场盲区宽度，其公式为：

L＝Hcotβ

7.根据权利要求6所述的一种激光雷达盲区补偿方法，其特征在于，所述调节所述补盲激光探头的位姿包括：

当所述补盲激光雷达垂直视场盲区宽度大于盲区宽度阈值时，调节所述补盲激光探头的俯仰角度，调整角度为γ，其中β₊γ≥90，0≤γ≤β。

8.根据权利要求4或5所述的一种激光雷达盲区补偿方法，其特征在于，所述计算出当前盲区信息包括：计算所述补盲激光雷达发射激光时的垂直视场盲区体积。

9.根据权利要求8所述的一种激光雷达盲区补偿方法，其特征在于，所述调节所述补盲激光探头的位姿包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行如权利要求4至9任一所述的一种激光雷达盲区补偿方法。