03-3第三章-雷达在智能网联汽车中的应用

第三章雷达在智能网联汽车中的应用XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX学校/学院学习目标1知道汽车雷达的分类及特征区别2了解超声波雷达的结构、原理和性能指标3熟悉超声波雷达在智能网联汽车中的应用4了解毫米波雷达的结构、原理及特点5熟悉毫米波雷达在智能网联汽车中的应用6了解激光雷达的结构、原理及特点7熟悉激光雷达在智能网联汽车中的应用激光雷达03激光雷达的功用1.激光雷达类型与工作原理什么是激光雷达？有哪些作用？激光雷达（LiDAR）是集激光、全球定位系统（GPS）和IMU惯性测量装置三大技术为一体的系统。激光雷达的功用激光雷达由那些部件组成？请说说它的工作过程。激光雷达的功用请说说激光雷达的工作原理。典型激光雷达接收系统采用了各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外线和可见光多元探测器。激光雷达使用两种工作模式：脉冲和连续波。根据探测原理，探测方法可分为米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射、荧光、多普勒等。激光雷达的功用请说说汽车激光雷达的三维立体图像是怎么形成的？激光雷达的功用实时激光雷达一般分为16线、32线和64线，雷达测距的精度非常重要，以16线激光雷达为例，它具有2°角分辨率，如果行人在50米以外，只有一条激光脉冲线。显然不能区分行人的轮廓。它也可以在白天利用摄像头进行分辨。但如果是在夜间，激光雷达难以单独识别，毫米波雷达只能识别障碍物，对热敏信息无法识别。激光雷达的功用精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）以及目标的形状检测、识别分辨和跟踪。高频激光器可以在一秒钟内获得106～107个数量级的位置点云信息，并根据这些信息进行三维建模。除了获得位置信息外，它还可以通过激光信号的反射率初步区分不同的材料。激光雷达的功用目标的径向速度可以通过反射光的多普勒频移来确定，激光雷达发射的激光照亮物体，被物体散射并返回激光接收器接收。激光测量模块根据发射前后的激光信息处理三维坐标、距离、方位角、反射强光等数据，其中，由于不同物体的反射率不同，激光雷达可以根据回波的反射光强（0～255级）来区分物体的不同区域，其精度可达毫米级。激光雷达的功用基于点云的目标检测比较成熟的处理流程分割地面点云聚类特征提取分类在点云中对地面的过滤和点云的分割聚类，需要将对分割出来的对象进行特征提取，然后去训练一个分类器实现对这些对象的分类，这是一种基于激光雷达的目标检测方法。随着深度学习在图像视觉领域的发展，一类基于单纯的深度学习模型的点云目标检测方法被提出和应用。例如，CNN卷积神经网络+CRF条件随机场这样的结构。CRF推理应用于语义标记的关键思想是将标签分配（对于像素分割来说就是像素标签分配）问题表达为包含类似像素之间具有一定标签协议的假设的概率推理问题。CRF推理能够改进像素级标签预测，以产生清晰的边界和细粒度的分割。CRF推理模型激光雷达的功用三维激光雷达按使用方式的不同分为实时激光雷达和非实时激光雷达，请说说什么是实时激光雷达？什么是非实时激光雷达？在应用上各有什么特征？激光雷达的功用请说说激光雷达具有哪些优点？激光雷达环境感知毫米波雷达环境感知激光雷达的功用为实现无人驾驶目标，目前较好的整体解决方法是什么？车辆辅助驾驶和无人驾驶的整体解决方法是激光雷达+多传感器融合算法+高性能嵌入式算法控制板+可视化界面配置软件，采用单线或多线激光雷达+摄像头+毫米波雷达检测车辆周围的道路环境，实现多传感器功能互补。采用数据融合算法提取道路的车道线信息、障碍物属性和障碍物运行状态信息，综合分析给出警告信息，提醒驾驶员对车辆进行相应的控制，确保安全驾驶。多传感器融合处理相关流程请参考下一页。激光雷达的功用传感器融合激光雷达的功用无人驾驶技术案例：激光雷达的功用激光雷达在民用级别有哪些类型，分别应用场景是什么？三维激光雷达分为哪几种雷达？激光雷达的功用2.固态激光雷达固态激光雷达具有数据采集速度快、分辨率高、对温度和振动适应性强等优点。通过光束控制，探测点（点云）可以任意分布，例如在高速公路上主要扫描前方远处。侧方扫描是稀疏的，但不是完全忽略侧面稀疏扫描，在十字路口可以加强侧面扫描。机械激光雷达只能以恒定的速度旋转，不能进行如此精细的操作。固态激光雷达通常分为相控阵、Flash和MEMS三种类型激光雷达的功用（1）相控阵固态激光雷达固态激光雷达采用相控阵原理实现，完全消除了机械结构，通过调整发射阵中各发射单元的相位差来改变激光的出射角。光学相控阵通常由其相位的电子束扫描控制，因此也被称为电子扫描技术。光学相控阵激光雷达的核心技术包括光学相控阵、光学集成电路和远场辐射模式，它是一种没有机械固件的纯固态激光雷达。激光雷达的功用（2）Flash固态激光雷达Flash激光雷达是一种发射面阵光的非扫描雷达，是一种聚焦于二维或三维图像的激光雷达。虽然稳定性和成本都很好，但主要问题是探测距离很近。基于三维闪光技术的固态激光雷达在技术可靠性方面存在问题。激光雷达的功用（3）MEMS固态激光雷达MEMS固态激光雷达是指将所有机械部件集成到一个芯片中，通过半导体工艺生产的MEMS。它消除了机械旋转结构，从根本上降低了激光雷达的成本。激光雷达的功用固态激光雷达可以探测150米的距离。响应速度快，控制电压低，扫描角度大，价格低。根据线束数量，固态激光雷达可分为单线激光雷达和多线激光雷达。顾名思义，单行激光雷达扫描一次只能产生一条扫描线，得到的数据是二维数据，因此无法区分目标物体的三维信息。单光束激光雷达由于其测量速度快、数据处理能力低，在安全防护、地形测绘等领域得到了广泛的应用。传统的激光雷达扫描视野很小，如果想要观察360度°则需要添加一些激光雷达，激光雷达行数越多，覆盖角越大。激光雷达的功用固态激光雷达可以探测150米~200米的距离。根据线束数量，固态激光雷达可分为单线激光雷达和多线激光雷达。单行激光雷达扫描一次只能产生一条扫描线，得到的数据是二维数据，因此无法区分目标物体的三维信息。单光束激光雷达由于其测量速度快、数据处理能力低，在安全防护、地形测绘等领域得到了广泛的应用。传统的激光雷达扫描视野很小。如果想要观察360度°则需要添加一些激光雷达，激光雷达行数越多，覆盖角越大。激光雷达的功用多线激光雷达可以同时产生多条扫描线。多线产品包括4线、8线、16线、32线、64线，分为2.5D激光雷达和3D激光雷达。2.5d激光雷达与3d激光雷达的最大区别是激光雷达的垂直视场范围，前者的垂直视场一般不超过10°，而后者可达到30°～40°，这就导致了两者在汽车上的安装位置要求不同。激光雷达的功用3.机械式旋转型激光雷达三维旋转扫描激光雷达一般安装在车辆顶部，可对道路、桥梁、护栏、立交桥、隧道、交叉口等基础设施、道路车辆、自行车、行人、道路障碍物等目标进行三维逐点扫描，目标的轮廓和位置信息形成三维激光雷达扫描点云地图。激光雷达的功用请说说机械激光雷达的原理？机械激光雷达依靠旋转部件来控制激光发射的角度，而固态激光雷达则依靠电子元件来控制激光发射的角度。由于内部结构的原因，两种激光雷达的尺寸不同。机械激光雷达体积大，价格昂贵，测量精度高，通常放置在车外。激光雷达的功用激光雷达应用场景视频演示激光雷达在智能网联汽车中的应用请思考：激光雷达在智能网联汽车中的应用有哪些应用场景？车道线检测目标分类与运动跟踪激光雷达在智能网联汽车中的应用（1）定位导航在运动定位中，位置传感器提供了智能车的大致的定位信息，在此基础上，激光雷达从环境中感知的信息用来在小范围内和已知地图匹配，实现对位置传感器定位的校正。激光雷达在定位中的最主要的作用就是对位置传感器定位的校正。激光雷达在智能网联汽车中的应用（2)障碍检测及运动目标跟踪根据激光雷达数据的特点，利用点和线段特征来描述环境；提取出当前时刻的点或线段特征，与已知地图进行匹配，从而得到车辆的位姿估计。这种方法需要建立环境的地图，并在已知地图的基础上进行定位，解决对环境地图的描述和地图自动生成问题、环境地图的匹配问题、以及定位的精度问题。在无人驾驶系统中，实现障碍物的检测常用的传感器有双目立体相机、激光雷达等。相比于双目立体相机，激光雷达在深度信息的准确性以及检测范围上要更为出色。激光雷达在智能网联汽车中的应用(3)在车辆检测与智能交通信号控制中的应用在重要交通路口的信号控制系统中，通过地面三维激光扫描仪对道路一定距离进行连续扫描，可以获得道路上的实时、动态的