基于单线激光雷达的障碍物检测(2)
1.2 国内外研究现状 智能机器人具有高度的自规划、自组织、自适应能力，在无需人干预、无需对环 境做任何规定和改变的条件下，能够有目的地移动和完成相应任务。而智能机器人所 面临的的环境是非常复杂的，因此障碍物检测是智能机器人对周边环境感知技术研究 领域中的重要组成部分[5,6] 。目前，美国、法国、德国、日本以及意大利等发达国家的 一些研究机构，相继在该研究方向作了一定程度的研究，并取得了许多有价值的研究 成果。在我国，随着工业体系的不断完善和相关技术水平的不断进步，国防科技大学源]自=优尔-^论-文"网·www.youerw.com/ 、 清华大学、上海交通大学、南京理工大学、吉林大学、中科院、中航集团等多家单位 在智能机器人研究领域取得了成果。 纵观各国，在智能机器人行进路径上的障碍物检测研究方面，已经提出了许多高 效实用的算法和实施手段，如基于立体视觉的障碍物检测方法[4,7] ，基于激光雷达的方 法[5,6,8] ，基于多传感器融合的方法，基于结构光的方法以及基于彩色机器视觉的方法 等[9] 。其中，基于立体视觉的方法分为双目立体视觉方法和三目立体视觉方法。双目立 体视觉的基本原理是利用两台参数性能相同、位置固定的摄像机，从两个视点观察同 一景物，以获得在不同视角下的两幅图像，利用成像几何原理计算图像像素间的位置 偏差(视差) ，从而确定三维空间点的深度信息。这一过程与人类视觉的立体感知过程 是类似的。而在三目立体视觉方法中，除了双目立体视觉方法中的两台摄像机外，为 了减少视差像素点匹配问题，还通过增加一台摄像机来减少匹配歧义性。 基于激光雷达的方法分为基于单线激光雷达的障碍物检测和基于面阵激光雷达 的障碍物检测。单线激光测距雷达只在一个平面上扫描，结构简单，系统稳定可靠， 具有扫描周期短，测距精度高，单帧数据量小的特点，非常适用于实时紧急避障的应 用场合[10,11] 。面阵激光雷达在室外移动机器人导航中应用较多，主要用于复杂环境下 的障碍物检测和越野行驶时建立地形图。因其具有一定俯仰角度的面扫描能力，故可 以根据已知传感器的位置转化成高度图，再根据高度的突变就可以实现高低起伏的障 碍物的检测。 基于结构光的方法实质上是立体视觉方法之一，它是指利用一个光源或是多个光 源装置来代替双目视觉一侧的摄像机，将一个已知的光图案从一个确定的视角角度投 射到目标物体上，用摄像机从另一个视角拍摄光图案在物体上形成的图像。由于物体 表面的高低起伏会使光图案在图像上表现为一定的平移量，因此经过一定的三角几何 计算，将此平移量转成为曲面起伏值,就可以获得目标物体的三维信息，从而达到障碍 物检测的目的。
1.3 论文主要工作和结构安排 本文通过对各种障碍物检测方法的研究和比较，结合 UTM-30LX 2 维激光扫描测 距仪，对激光雷达前方区域进行扫描，采集一定量的数据，利用聚类方法将一帧激光 雷达数据分段，对扫描数据中的噪点进行优化处理，进而提取各分段几何特征，给出 前方区域的二维结构化判断，从而达到障碍物检测的目的[12,13] 。
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