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【原创】激光雷达与视觉传感器的融合技术及其应用简介
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传感器是获取研究对象的信息的“窗口”，为系统提供赖以进行处理和决策所必须的对象信息，是高度自动化的系统乃至现代尖端技术必不可少的关键的组成部分。许多有竞争力的新产品和卓有成效的技术策略，都离不开传感器。如：安全辅助驾驶技术、无人驾驶的自动化汽车、移动机器人导航、直至月球探测机器人等等，其开发与传感器密不可分，主要用到了激光雷达和视觉传感器，这两种传感器各有优势和劣势。 激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物，采用激光器作为辐射源，由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成，属于主动式传感器。激光雷达工作的基本思想是三维物体的存在造成了距离映射的不连续。其优势在于信息量多，可以直接获得被测目标的距离信息，主要应用于探测与导航。然而，由于技术上的制约，激光雷达的劣势也是十分明显的。扫描速度慢、能耗高、横向分辨率低，而且不能直接感知场景，这些都影响了激光雷达的广泛应用。 另一种应用较多的传感器是视觉传感器。该传感器具有从一整幅图像捕获光线的数发千计的像素的能力。图像的清晰细腻的程度通常用分辨率来衡量，以像素的数量来表示。其优势在于采集速度快、能够直接感知场景的二维信息、图像处理的知识和内容丰富，计算机视觉领域就是围绕视觉传感器开展科学研究和技术应用的，当前的主要应用包括人脸识别、目标检测、视觉跟踪、人机交互、三维重建以及移动机器人探测与导航等等。视觉传感器的技术优势催生了众多相关的理论研究和实际应用，但是，深度信息丢失的缺陷限制了其更广泛的应用。视觉传感器的视觉采集过程是一个从三维世界到二维图像平面的投影变换，导致深度信息在映射的过程中丢失，从而无法直接获得目标的三维信息。另外，视觉传感器工作过程中遇到的光线问题可能会造成可见光图像的缺失、图像模糊等问题。 既然激光雷达速度慢、不能直接感知场景信息，但具有采集深度信息的能力，视觉传感器速度快、能够感知视场内的二维信息，但不具备采集深度信息的能力，那么，激光雷达与视觉传感器的融合便可以实现两者在速度上的互补、场景感知能力上的互补以及采集深度信息能力上的互补。近几年来，由激光雷达与视觉传感器的融合所产生的相关技术应用已经在国民经济发展和社会安全保障领域发挥了重要的、积极的作用。举例来说，随着地球资源的不断消耗，能源危机已经呈现在世人面前，开发和探索新能源成为全世界迫切需要解决的关键性问题。然而，我们只有地球这一个赖以生存的资源环境，其能源总量是有限的，绝大多数属于非可再生能源，因此，我们只能将目光转向地球之外的外太空的能源。在此远景下发展而来的月球探测机器人，已经能够在月球表面行驶并对月球进行实地考察和收集分析样品，其关键技术就是融合了激光雷达与视觉传感器的环境感知技术，保障了其在崎岖不平的、含有石块、陨石坑和陡坡的月球表面上顺利地行驶。 激光雷达与视觉传感器的融合在人类的外太空探索中发挥了举足轻重的作用，在社会安全保障领域同样功不可没。近年来，国民经济收入不断增长，人民的生活水平日益提高，交通工具的数量与日俱增，交通事故的发生频率也在不断地上升。交通惨剧的频发提高了人们对于交通安全性的重视程度，使得安全辅助驾驶技术受到了普遍关注。安全辅助驾驶技术包括车道偏离预警、车道保持、前方车辆探测、安全车距保持、行人检测、驾驶员行为监测等多种辅助驾驶技术。这些技术的实施不仅需要传感器获取的周围环境的信息，而且要求传感器实时性强、能够感知环境的空间三维信息。独立使用激光雷达或者视觉传感器都无法满足这种要求。因此，只有融合激光雷达和视觉传感器，实现技术优势互补，才能够有效地解决安全辅助驾驶的问题。 虽然激光雷达与视觉传感器的融合已经应用于月球探测和安全辅助驾驶，但是，要更有效地应用于实际，还需要解决两个技术难点。 1.激光雷达与视觉传感器的配准，是图像信息与非图像信息相互融合的前提。 2.激光雷达与视觉传感器获取的信息的融合方法，主要分为两种形式：1.主动的智能感知，是传感器异步处理的方法。一个传感器的处理结果用于指导另一个传感器的感知过程。2.面向融合的感知，是传感器同步处理的方法。如融合视觉传感器获取的二维信息和激光雷达捕获的深度信息，组成空间的三维信息，共同进行环境感知。 综上所述，本文介绍了视觉传感器和激光雷达的性能及其各自的优势和劣势，分析了两者相互融合的优势互补的机制，并结合月球探测机器人和安全辅助驾驶技术这两点实际应用，谈及视觉传感器与激光雷达的融合技术在国民经济发展和社会安全保障领域的重要作用和意义，最后指出了激光雷达与视觉传感器的融合技术中存在的两个技术难点。 [ Last edited by ustcdonkey on 2009-9-15 at 15:49 ] |
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