Detecção de obstáculos usando fusão de dados de percepção 3D e radar em veículos automotivos

• Main Author: Rosero, Luis Alberto Rosero
• Other Authors: Osório, Fernando Santos
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2017
• Subjects: 3D LiDAR; Autonomous vehicles.; Calibração de sensores; Computer vision; Detecção de obstáculos; Fusão de sensores; LiDAR 3D; Obstacle detection; Radar; Sensor calibration; Sensor fusion; Veículos autônomos; Visão computacional
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-17042017-145443/

Este projeto de mestrado visa a pesquisa e o desenvolvimento de métodos e algoritmos, relacionados ao uso de radares, visão computacional, calibração e fusão de sensores em veículos autônomos/inteligentes para fazer a detecção de obstáculos. O processo de detecção de obstáculos se divide em três etapas, a primeira é a leitura de sinais de Radar, do LiDAR e a captura de dados da câmera estéreo devidamente calibrados, a segunda etapa é a fusão de dados obtidos na etapa anterior (Radar+câmera, Radar+LIDAR 3D), a terceira etapa é a extração de características das informações obtidas, identificando e diferenciando o plano de suporte (chão) dos obstáculos, e finalmente realizando a detecção dos obstáculos resultantes da fusão dos dados. Assim é possível diferenciar os diversos tipos de elementos identificados pelo Radar e que são confirmados e unidos aos dados obtidos por visão computacional ou LIDAR (nuvens de pontos), obtendo uma descrição mais precisa do contorno, formato, tamanho e posicionamento destes. Na tarefa de detecção é importante localizar e segmentar os obstáculos para posteriormente tomar decisões referentes ao controle do veículo autônomo/inteligente. É importante destacar que o Radar opera em condições adversas (pouca ou nenhuma iluminação, com poeira ou neblina), porém permite obter apenas pontos isolados representando os obstáculos (esparsos). Por outro lado, a câmera estéreo e o LIDAR 3D permitem definir os contornos dos objetos representando mais adequadamente seu volume, porém no caso da câmera esta é mais suscetível a variações na iluminação e a condições restritas ambientais e de visibilidade (p.ex. poeira, neblina, chuva). Também devemos destacar que antes do processo de fusão é importante alinhar espacialmente os dados dos sensores, isto e calibrar adequadamente os sensores para poder transladar dados fornecidos por um sensor referenciado no próprio sistema de coordenadas para um outro sistema de coordenadas de outro sensor ou para um sistema de coordenadas global. Este projeto foi desenvolvido usando a plataforma CaRINA II desenvolvida junto ao Laboratório LRM do ICMC/USP São Carlos. Por fim, o projeto foi implementado usando o ambiente ROS, OpenCV e PCL, permitindo a realização de experimentos com dados reais de Radar, LIDAR e câmera estéreo, bem como realizando uma avaliação da qualidade da fusão dos dados e detecção de obstáculos comestes sensores. === This masters project aims to research and develop methods and algorithms related to the use of radars, computer vision, calibration and sensor data fusion in autonomous / intelligent vehicles to detect obstacles. The obstacle detection process is divided into three stages, the first one is the reading of Radar, LiDAR signals and the data capture of the stereo camera properly calibrated, the second stage is the fusion of data obtained in the previous stage(Radar + Camera, Radar + 3D LIDAR), the third step is the extraction of characteristics of the information obtained, identifying and differentiating the support plane(ground) of the obstacles, and finally realizing the detection of the obstacles resulting from the fusion of the data. Thus it is possible to differentiate types of elements identified by the Radar and that are confirmed and united to the data obtained by computational vision or LIDAR (point cloud), obtaining amore precise description of the contour, format, size and positioning of these. During the detection task it is important to locate and segment the obstacles to later make decisions regarding the control of the autonomous / intelligent vehicle. It is important to note that Radar operates in adverse conditions (little or no light, with dust or fog), but allows only isolated points representing obstacles (sparse), where on the other hand, the stereo camera and LIDAR 3D allow to define the shapeand size of objects. As for the camera, this is more susceptible to variations in lighting and to environmental and visibility restricted conditions (eg dust, haze, rain). It is important to spatially align the sensor data, calibrating the sensors appropriately, to be able to translate data provided by a sensor referenced in the coordinate system itself to another coordinate system of another sensor or to a global coordinate system. This project was developed using the CaRINA II platform developed by the LRM Laboratory ICMC / USP São Carlos. Finally, the project was implemented using the ROS, OpenCV and PCL environments, allowing experiments with real data from Radar, LIDAR and stereo camera, as well as performing an evaluation of the quality of the data fusion and detection of obstacles with these sensors .