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PreScan快速入门到精通第三十五讲车道线识别传感器-ALMS车道线传感器

智驾社2022-03-07 13:41发文

分析型车道标线传感器(ALMS)是车道标线传感器的一种新的实现方式,它提供了传感器所能看到的道路上的车道线信息。车道线信息以一组相对于传感器的多项式的形式提供。它可以在 "地面真相传感器 "部分找到。传感器的配置通过其 "配置 "选项卡完成。通过ALMS传感器可以实现道路车道线的识别,用于智能驾驶横向控制相关功能的算法开发与验证。

下表给出了与车道线传感器的比较。

35.1 功能说明

分析性车道线传感器(ALMS)是一种地面真相传感器,可报告传感器视野内的实际车道线。车道线由拟合到精确车道线的多项式组表示。多项式组由许多描述 X、Y 和 Z 的三项式组成,这些三项式是长度变量 L 的一个函数。

35.2 线路剪切和分割

传感器将只考虑传感器 FoV 内的车道线部分。多次穿过 FoV 的线将被视为单独的线。然而,在 Prescan 编辑器中设置的车道线标签将保留给检测到的线,并将显示在传感器的输出中(此处有关于车道标签的更多信息)。车道线的标签(可由用户调整)使其能够以一组多项式的形式获得出现在输出中的线条之间的关系。如下图所示为一个例子。默认情况下,下图曲线所示的两条车道线得到了相同的标签,这意味着传感器输出的所有线条(即多项式)都得到了相同的线条标签值。如果两条车道线被赋予两个不同的标签值,这些值也将被添加到多项式的输出中去                

        连续的道路(L)由于FoV剪裁而被分成两块,如传感器输出(R)所示。

跨越多个路段的车道线将被视为一条线;不同路段上的车道线的部分,如果连接在一起,并且线标匹配,则合并成线。但是,如果两条或两条以上具有相同车道标签值的车道线相交,这些车道线将被分割成新的车道线,所有车道线都以交点为终点。下面介绍几个例子来说明这个问题。

在第一个例子中,有三条相连的路段,使用默认的标签,将所有外侧的路边线标签值为3,虚线中心线标签值为1。在这种情况下,就形成了三条线,一条与左边的红线对应的线,一条与右边的红线对应的线,一条与中间的蓝线对应的线。对这三条线分别确定一组拟合多项式。

当改变中间路段左侧车道线的标签时(取值为2),左侧的车道线不再连接,三部分将被视为三条独立的线。在拟合阶段会发现有5组多项式,对应右图所示的5条彩线。

当所有车道线都得到相同的标签值时,如下图所示,中间车道线和右边车道线相交的地方会出现分叉。在这种情况下,相交的车道线被认为是三条独立的线,导致4组多项式,它们对应于右图所示的4条彩线。

对于在 FoV 内检测到的每条车道线,传感器的拟合算法将尝试在整个车道线长度上拟合一组多项式(X、Y 和 Z 的一项多项式)。计算拟合多项式与原始线之间的最大误差,如果该误差超过用户设置的误差范围,则缩短用于拟合的区间长度,直到拟合误差低于阈值。然后用同样的方法对其余的线进行拟合,得到第二组多项式。根据要拟合的线的性质和误差范围的大小,可以用一个、两个或几个多项式组来描述一条线。

35.3 多项式输出

输出中的多项式包含以下信息:

X多项式分量

Y多项式分量

Z多项式分量 长度

组ID-GroupID

车道线标签

多项式分量(X、Y和Z各一个)由(最多)4个系数组成(例如X分量的A0 tol A3),用下列公式表示:

变量L代表多项式有效的区间长度。区间L[0,Length]可以用来评估相应多项式所描述的X Y Z坐标。

组ID

如在拟合过程中所描述的,一条车道线(或其一部分)一般由一组以上的多项式表示。每个多项式组的组ID允许用户判断哪些多项式组描述了同一条线。所有描述同一条线的多项式组都带有相同的组ID。请注意,我们所说的线是指FoV中的单条线,而不是一般的道线(请阅读线的剪切和分割以获得更多信息)。

车道线标签

车道线标签的值对应于为每个车道线设置的Label值。输出中具有相同组ID的所有多项式都将具有相同的车道线标签值,但具有相同车道线标签值的多项式可以具有不同的组ID值。

35.4 传感器配置

ALMS被放置在车辆上。

下图显示了 ALMS 配置设置。它们可以通过传感器的对象配置对话框进行设置。

ALMS的对象配置:

关于这些设置,说明如下:

FOV方位角[deg]: 视野方位角.

帧速率[Hz]:传感器的速率。传感器的速率

范围[m]:从传感器的轴系统到目标检测的范围。从传感器的轴系到检测到的目标的范围。

拟合顺序:拟合的顺序决定了检测输出的多项式的顺序。阶数为n的结果是n+1个系数。可以设置的最大阶数为3。

误差余量[m]: 误差范围是一个度量,它设定了比较多项式拟合和原始车道线时的最大误差。当超过误差余量时,车道线将被分割成更小的多项式。较小的误差范围可以得到更精确的多项式,但也会得到更多的多项式。

按z方向拟合: "按z方向拟合 "选项可使Z坐标也得到拟合,从而得到一组描述道路高程的多项式。如果禁用该设置,则返回零。

关闭该选项可以提高性能。

输出多项式的最大数量。多项式的最大数量限制了算法执行的拟合量。应该注意的是,设置为1个多项式意味着每个方向都有一个多项式(默认为2个,如果启用Z拟合则为3个)。

将FOV值设置为最小值0,将导致无检测。

ALMS的分配与LMS等其他传感器相同。

ALMS的分配。默认的分配是显示n

如果ALMS需要在实时机器上运行,则在分配中选择[EMBEDDED]作为主机。

在实时机器上运行的ALMS分配。

35.5 Simulink中的输出可视化

ALMS的输出可以使用一个专用的Simulink块进行可视化。通过点击任何实验的主编译表上的 "打开有用的块 "按钮可以找到这个块。

Simulink输出分析:

ALMS Simulink总线结构

ALMS传感器输出一条包含单个信息的总线。每条信息都描述了一组多项式组件,X、Y 和 Z 三个方向各一个。每条信息中的数据结构如下:

MESSAGE HEADER

Valid DATA

X

N0 N1 N2 N3 N4

Y

N0 N1 N2 N3 N4

Z

N0 N1 N2 N3 N4

Length GroupID

LineLabel

当配置了20个多项式的限制时,输出总线上将始终有20个消息槽。然而,它们可能不会全部被填满,这取决于传感器在给定仿真中实际拟合的多项式的数量。一个消息槽是否包含一个结果由HEADER.Valid参数表示。

N0 - N3 值以下列方式表示一个多项式的系数(在本例中为 X):

其中L是多项式有效的区间[0,length]中的一个参数。需要注意的是,只有当阶数足够高时,系数才会被填满。例如,3阶多项式相当于4个系数,会填满所有的系数,但1阶拟合只能填满N0和N1。在这种情况下,N2和N3将为零。

GroupID表示哪一组多项式代表一条线,在GroupID部分提到。LineLabel表示为每条车道线设置的Label值,如LineLabel一节所述。

使用Simulink块进行分析

ALMS Simulink输出基于嵌套总线结构。可以使用Simulink选择块提取输出值。下面是一个例子,说明如何提取X多项式的四个系数。它使用一个Simulink选择器块和一个总线选择器块来提取四个数据输出流,(在这个例子中)这些数据输出流被写入四个Workspace。

从ALMS输出块中提取数据

上面使用的选择器块在Simulink库浏览器的信号路由页面。选择器的输入端口大小参数必须设置为本ALMS的PreScan编辑器中设置的最大多项式数,见下文。

使用的第二个块是总线选择器,它也在Simulink库浏览器的信号路由页面上。总线选择器的设置直接遵循上面讨论的ALMS总线结构。

使用MATLAB函数进行分析

另一种分析ALMS输出的方便方法是使用MATLAB函数块(在旧版本中称为嵌入式Matlab函数)。下面是一段沿着每个多项式评估10个值的示例代码。这个方法的例子可以在ALMS高速公路例子中找到。

function fcn(u)

% Iterate through all data in bus

for i = 1 : size(u,1);

% The validparameter indicates that the data slot in the bus is actually filled in

if u(i).HEADER.valid == 1

% Extract polynomial coefficient vectors

% The reverse order is required forpolyval()

cx = u(i).DATA.X;

cy = u(i).DATA.Y;

Px = [cx.N3 cx.N2 cx.N1cx.N0];

Py = [cy.N3 cy.N2 cy.N1cy.N0];

% Extractpolynomial interval L1 = 0;

L2 = u(i).DATA.Length;

% Evaluate 10points along each polynomial value numOfPoints = 10;

L =linspace(L1,L2,numOfPoints);

x =polyval(Px,L);

y =polyval(Py,L);

end

end

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