什么是點(diǎn)云？

無人車所使用的LiDAR并不是靜止不動(dòng)的。在無人車行駛的過程中，LiDAR同時(shí)以一定的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在這個(gè)過程中不斷地發(fā)出激光并收集反射點(diǎn)的信息，以便得到全方位的環(huán)境信息。LiDAR在收集反射點(diǎn)距離的過程中也會(huì)同時(shí)記錄下該點(diǎn)發(fā)生的時(shí)間和水平角度(Azimuth)，并且每個(gè)激光發(fā)射器都有編號(hào)和固定的垂直角度，根據(jù)這些數(shù)據(jù)我們就可以計(jì)算出所有反射點(diǎn)的坐標(biāo)。LiDAR每旋轉(zhuǎn)一周收集到的所有反射點(diǎn)坐標(biāo)的集合就形成了點(diǎn)云(point cloud)。

圖2.點(diǎn)云的產(chǎn)生

如圖2所示，LiDAR通過激光反射可以測出和物體的距離distance，因?yàn)榧す獾拇怪苯嵌仁枪潭ǖ�，記做a，這里我們可以直接求出z軸坐標(biāo)為sin(a)*distance。由cos(a)*distance我們可以得到distance在xy平面的投影，記做xy_dist。LiDAR在記錄反射點(diǎn)距離的同時(shí)也會(huì)記錄下當(dāng)前LiDAR轉(zhuǎn)動(dòng)的水平角度b，根據(jù)簡單的集合轉(zhuǎn)換，可以得到該點(diǎn)的x軸坐標(biāo)和y軸坐標(biāo)分別為cos(b)*xy_dist和sin(b)*xy_dist。

LiDAR在無人駕駛技術(shù)中的應(yīng)用領(lǐng)域

接下來介紹光學(xué)雷達(dá)如何應(yīng)用在無人駕駛技術(shù)中，特別是面向高精地圖的繪制、基于點(diǎn)云的定位以及障礙物檢測。

高清地圖的繪制

這里的高清地圖不同于我們?nèi)粘Ｓ玫降膶?dǎo)航地圖。高清地圖是由眾多的點(diǎn)云拼接而成，主要用于無人車的精準(zhǔn)定位。高清地圖的繪制也是通過LiDAR完成的。安裝LiDAR的地圖數(shù)據(jù)采集車在想要繪制高清地圖的路線上多次反復(fù)行駛并收集點(diǎn)云數(shù)據(jù)。后期經(jīng)過人工標(biāo)注，過濾一些點(diǎn)云圖中的錯(cuò)誤信息，例如由路上行駛的汽車和行人反射所形成的點(diǎn)，然后再對(duì)多次收集到的點(diǎn)云進(jìn)行對(duì)齊拼接形成最終的高清地圖。

基于點(diǎn)云的定位

首先介紹定位的重要性。很多人都有這樣的疑問：如果有了精準(zhǔn)的GPS，不就知道了當(dāng)前的位置，還需要定位嗎?其實(shí)不然。目前高精度的軍用差分GPS在靜態(tài)的時(shí)候確實(shí)可以在“理想”的環(huán)境下達(dá)到厘米級(jí)的精度。這里的“理想”環(huán)境是指大氣中沒有過多的懸浮介質(zhì)而且測量時(shí)GPS有較強(qiáng)的接收信號(hào)。然而無人車是在復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)境中行駛，尤其在大城市中，由于各種高大建筑物的阻攔，GPS多路徑反射(Multi-Path)的問題會(huì)更加明顯。這樣得到的GPS定位信息很容易就有幾十厘米甚至幾米的誤差。對(duì)于在有限寬度上高速行駛的汽車來說，這樣的誤差很有可能導(dǎo)致交通事故。因此必須要有GPS之外的手段來增強(qiáng)無人車定位的精度。