一种可行驶区域检测方法、系统、设备及存储介质与流程

1.本技术涉及辅助驾驶技术领域，具体涉及一种可行驶区域检测方法、系统、设备及存储介质。


背景技术：

2.在自动驾驶中，车辆的可行驶区域检测是无人驾驶技术中的关键技术之一，结合高精度地图可以给车辆的安全行驶多一道冗余保障。具体地，激光雷达(lidar)点云数据能检测到道路上的地面点，以及周边的障碍物，根据点云信息能够确定出自动驾驶车辆的可行驶区域。
3.现有的可行驶区域检测技术主要利用激光雷达和摄像头结合的方式，对道路情况进行识别，计算量较大。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种可行驶区域检测方法、系统、设备及存储介质，以解决上述技术问题。
5.本发明提供的一种可行驶区域检测方法，所述方法包括：
6.获取车辆前方预设范围和侧方预设范围的非地面点云；
7.对车辆前方预设范围和侧方预设范围的路面区域进行网格划分，获得多个初始网格；
8.将所述非地面点云投影至所述多个初始网格中，得到多个投影网格；
9.对所述投影网格对应的非地面点云进行计数，并将非地面点云数量大于阈值的投影网格作为边界网格；
10.根据所述边界网格构建可行驶区域。
11.在本发明一实施例中，获取车辆前方预设范围和侧方预设范围的非地面点云，包括：
12.获取车辆前方预设范围和侧方预设范围的点云、车辆坐标系；所述车辆坐标系包括z轴，所述z轴与地面垂直；
13.当所述车辆前方预设范围和侧方预设范围的点云的高度下小于高度阈值，且所述车辆前方预设范围和侧方预设范围的点云的法向量与所述车辆坐标系的z轴的夹角小于夹角阈值时，判断所述车辆前方预设范围和侧方预设范围的点云为地面点云；
14.剔除车辆前方预设范围和侧方预设范围的点云中的地面点云，获得非地面点云。
15.在本发明一实施例中，对车辆前方预设范围和侧方预设范围的路面区域进行网格划分，获得多个初始网格，包括：
16.将车辆前方预设范围和侧方预设范围的区域划分为多个预设尺寸的方形网格；
17.对每一个方形网格定义一个置信度，得到初始网格。
18.在本发明一实施例中，所述多个投影网格包括多个被投影网格和多个未被投影网
格，所述被投影网格为被非地面点云投影到的初始网格，所述未被投影网格为未被非地面点云投影到的初始网格；
19.对所述投影网格对应的非地面点云进行计数，包括：
20.计算所述被投影网格中非地面点云的最高点与最低点之间的高度差；
21.在所述高度差小于预设的高度阈值时，清空所述被投影网格中的非地面点云；
22.在所述高度差大于或者等于预设的高度阈值时，对所述被投影网格中的非地面点云进行计数。
23.在本发明一实施例中，将非地面点云数量大于阈值的投影网格作为边界网格，包括：
24.将非地面点云数量大于阈值的被投影网格的置信度的值设置为目标值；
25.将置信度的值为目标值的投影网格作为边界网格。
26.在本发明一实施例中，根据所述边界网格构建可行驶区域，包括：
27.根据所述车辆坐标系获取所述边界网格的中心点坐标；
28.以车辆的中心构建极坐标，所述极坐标包括多个扇形区域，并将所述边界网格的中心点坐标映射至所述极坐标的扇形区域中；
29.在所述扇形区域中查找边界网格的中心点坐标；在所述扇形区域中存在边界网格的中心点坐标时，将所述扇形区域中极坐标半径最小的边界网格作为所述扇形区域中的可行驶区域边界；在所述扇形区域中不存在边界网格的中心点坐标时，将所述扇形区域的边界作为可行驶区域边界；
30.以所述多个扇形区域中的可行驶区域边界构建可行驶区域。
31.在本发明一实施例中，获取所述边界网格的中心点坐标，包括：
32.获取多个时间点的边界网格；
33.在当前时间点为最早的时间点时，获取当前时间点的边界网格的中心点坐标；
34.在当前时间点不是最早的时间点时，将当前时间点的边界网格的中心点坐标与上一个时间点的边界网格的中心点坐标进行加权平均运算，并将加权平均运算得到的中心点坐标作为当前时间点的边界网格的中心点坐标。
35.本发明还提供一种一种可行驶区域检测系统，其特征在于，所述系统包括：
36.采集模块，用于获取车辆前方预设范围和侧方预设范围的非地面点云；
37.网格划分模块，用于对车辆前方预设范围和侧方预设范围的路面区域进行网格划分，获得多个初始网格；
38.投影模块，用于将所述非地面点云投影至所述多个初始网格中，得到多个投影网格；
39.计数模块，用于对所述投影网格对应的非地面点云进行计数，并将非地面点云数量大于阈值的投影网格作为边界网格；
40.区域构建模块，用于根据所述边界网格构建可行驶区域。
41.本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括：
42.一个或多个处理器；
43.存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现如上所述的一种可行驶区域检测方法。
44.本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被计算机的处理器执行时，使计算机执行如上所述的一种可行驶区域检测方法。
45.本发明的有益效果：本发明中的一种可行驶区域检测方法、系统、设备及存储介质，通过激光雷达获取车辆前方预设范围和侧方预设范围的非地面点云；对车辆前方预设范围和侧方预设范围的路面区域进行网格划分，获得多个初始网格；将非地面点云投影至多个初始网格中，得到多个投影网格；对投影网格对应的非地面点云进行计数，并将非地面点云数量大于阈值的投影网格作为边界网格；根据边界网格构建可行驶区域。本发明通过对道路区域进行网格划分，然后对网格进行边界判定，不需要进行图像识别便能够保证可行驶区域的准确性，降低运算复杂度。
46.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
47.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术者来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
48.图1是本技术的一示例性实施例示出的一种可行驶区域检测方法的应用场景图
49.图2是本技术的一示例性实施例示出的一种可行驶区域检测方法的流程图；
50.图3是图2所示实施例中的步骤s210在一示例性的实施例中的流程图；
51.图4是本技术的一示例性实施例示出的一种可行驶区域检测系统的结构框图；
52.图5示出了适于用来实现本技术实施例的电子设备的计算机系统的结构示意图。
具体实施方式
53.以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
54.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
55.在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本发明实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例难以理解。
56.图1是本技术的一示例性实施例示出的一种可行驶区域检测方法的应用场景图，如图1所示，车辆通过激光雷达获取道路的点云数据，然后通过车机系统对点云数据进行运
算和处理；车机系统通过内部的运算单元对点云数据进行运算和处理，运算处理结果通过车内的数据总线传输至车辆控制系统，运算处理结果包括可行驶区域信息，车辆控制系统根据得到的可行驶区域信息控制车辆进行直线行驶、转弯控制、紧急避障、主动刹车等操作。
57.如图2所示，在一示例性的实施例中，可行驶区域检测方法至少包括步骤s210至步骤s250，详细介绍如下：
58.s210.获取车辆前方预设范围和侧方预设范围的非地面点云；
59.在本实施例中，非地面点云是通过对点云数据进行分割处理后获得的，点云数据通过激光雷达获取。车辆前方预设范围和侧方预设范围具体指车辆前方100米，左右20米的范围。
60.s220.对车辆前方预设范围和侧方预设范围的路面区域进行网格划分，获得多个初始网格；
61.在步骤s220中，网格的边长设置为0.2米，通过以网格为单位对路面区域进行障碍物检测。
62.s230.将非地面点云投影至多个初始网格中，得到多个投影网格；
63.在步骤s230中，非地面点云表示前方车辆、道路护栏等障碍物，通过将地面点云投影至多个初始网格对障碍物进行初步定位；投影网格中包括被非地面点云投影的初始网格、未被非地面点云投影的初始网格。
64.s240.对投影网格对应的非地面点云进行计数，并将非地面点云数量大于阈值的投影网格作为边界网格；
65.在步骤s240中，当投影网格上的非地面点云数量大于阈值时，说明该投影网格的对应位置存在障碍物；当投影网格上的非地面点云数量小于或者等于阈值时，则判定该投影网格内的非地面点云为噪点；阈值的作用是设定判定精度，在本实施例中阈值的取值为2。
66.s250.根据边界网格构建可行驶区域；
67.在步骤s250中，边界网格表示障碍物，因此边界网格对应的区域不可行驶，因此以该边界网格作为行驶区域的边界，便可以有效进行避障。
68.如图3所示，在本发明一实施例中，获取车辆前方预设范围和侧方预设范围的非地面点云的过程可以包括步骤s310至步骤s330，详细介绍如下：
69.s310.获取车辆前方预设范围和侧方预设范围的点云、车辆坐标系；车辆坐标系包括z轴，z轴与地面垂直；
70.在本实施例中，获取车辆前方预设范围和侧方预设范围的点云包括车辆前方100米，左右20米的范围的点云数据，且点云数据通过车辆上的激光雷达采集；车辆坐标系是指以车辆的中心点为原点的三维坐标系，包括x轴、y轴和z轴；x轴和y轴构成于道路平行的平面，z轴与道路垂直。
71.s320.当车辆前方预设范围和侧方预设范围的点云的高度下小于高度阈值，且车辆前方预设范围和侧方预设范围的点云的法向量与车辆坐标系的z轴的夹角小于夹角阈值时，判断车辆前方预设范围和侧方预设范围的点云为地面点云；
72.在步骤s320中，高度阈值根据地面高度(或者为路面高度)进行设定，夹角阈值则
是考虑到一些在地面上的障碍物也可能对车辆行驶造成安全威胁，当点云的法向量与y轴夹角小于阈值时，判定该点云与地面基本是重合的，反之则判断不为地面点云。
73.s330.剔除车辆前方预设范围和侧方预设范围的点云中的地面点云，获得非地面点云；
74.在步骤s330中，将地面点云剔除后，便可以得到障碍物的点云。
75.在本发明一实施例中，对车辆前方预设范围和侧方预设范围的路面区域进行网格划分，获得多个初始网格的过程可以包括步骤s410至步骤s420，详细介绍如下：
76.s410.将车辆前方预设范围和侧方预设范围的区域划分为多个预设尺寸的方形网格；
77.在本实施例中，目前多数基于网格化的可行驶区域检测方法均将本车周围区域划分为扇形网格。扇形网格虽然计算量较小，但在距离本车较远的位置网格较大，其检测精度较低，而且由于扇形网格的不规则性，不利于进行网格跟踪。因此，本发明将本车前方预设范围和侧方预设范围内的区域划分成方形网格。
78.s420.对每一个方形网格定义一个置信度，得到初始网格。
79.在步骤s420中，每个方形网格的置信度的值为0。
80.在本发明一实施例中，所述多个投影网格包括多个被投影网格和多个未被投影网格，所述被投影网格为被非地面点云投影到的初始网格，所述未被投影网格为未被非地面点云投影到的初始网格；
81.对投影网格对应的非地面点云进行计数的过程可以包括步骤s510至步骤s530，详细介绍如下：
82.s510.计算被投影网格中非地面点云的最高点与最低点之间的高度差；
83.在步骤s510中，高度差用于反应非地面点云的障碍物分布情况；
84.s520.在高度差小于预设的高度阈值时，清空被投影网格中的非地面点云；
85.在步骤s520中，在高度差小于预设的高度阈值时，说明障碍物分布较为平整，一般情况下为隧道、地面凸起的井盖等，此时不需要将初始网格内的非地面点云作为障碍物，因此直接清除初始网格中的非地面点云；
86.s530.在高度差大于或者等于预设的高度阈值时，对被投影网格中的非地面点云进行计数；
87.在步骤s530中，在高度差大于或者等于预设的高度阈值时，判断初始网格中的非地面点云为障碍物，因此进入到后续的计数过程，进行噪点判断。
88.在本发明一实施例中，将非地面点云数量大于阈值的投影网格作为边界网格的过程可以包括步骤s610至步骤s620，详细介绍如下：
89.s610.将非地面点云数量大于阈值的被投影网格的置信度的值设置为目标值；
90.在本实施例中，当被投影网格对应的非地面点云数量大于阈值时，判定被投影网格的对应位置存在障碍物，当被投影网格对应的非地面点云数量小于阈值时，判定被投影网格对应的非地面点云为噪点；在本实施例中阈值设定为2；
91.s620.将置信度的值为目标值的投影网格作为边界网格。
92.在步骤s620中，目标值为1，置信度的值为1的投影网格的对应位置存在障碍物，因此该投影网格被看作为边界网格。
93.在本发明一实施例中，根据边界网格构建可行驶区域的过程可以包括步骤s710至步骤s740，详细介绍如下：
94.s710.根据车辆坐标系获取边界网格的中心点坐标；
95.在本实施例中，由于之前已经建立了车辆坐标系，因此可以很容易地通过三维坐标系得到边界网格的中心点的坐标。
96.s720.以车辆的中心构建极坐标，极坐标包括多个扇形区域，并将边界网格的中心点坐标映射至极坐标的扇形区域中；
97.在步骤s720中，直接在车辆坐标系的最基础上再建立一个极坐标，即可将边界网格的中心点坐标映射至极坐标的扇形区域中。
98.s730.在扇形区域中查找边界网格的中心点坐标；在扇形区域中存在边界网格的中心点坐标时，将扇形区域中极坐标半径最小的边界网格作为扇形区域中的可行驶区域边界；在扇形区域中不存在边界网格的中心点坐标时，将扇形区域的边界作为可行驶区域边界；
99.在步骤s730中，将边界网格按极坐标角度分配到180个扇形区域中(该扇形区域覆盖整个车辆前方预设范围和侧方预设范围)；
100.s740.以多个扇形区域中的可行驶区域边界构建可行驶区域。
101.在步骤s740中，通过对每个扇形区域中的边界网格进行查找，便可以得到所有的边界网格，并将边界网格合成为可行驶区域的边界，并以可行驶区域的边界构建可行驶区域。
102.在本发明一实施例中，获取边界网格的中心点坐标的过程可以包括步骤s810至步骤s830，详细介绍如下：
103.s810.获取多个时间点的边界网格；
104.在本实施例中，定时按照步骤s210-步骤s240生成边界网格，每一次生成的边界网格作为一帧数据；
105.s820.在当前时间点为最早的时间点时，获取当前时间点的边界网格的中心点坐标；
106.在步骤s820中，如果当前帧的边界网格为第一帧，则由于没有参考数据，直接获取当前时间点的边界网格的中心点坐标，并通过当前时间点的边界网格的中心点坐标构建可行驶区域。
107.s830.在当前时间点不是最早的时间点时，将当前时间点的边界网格的中心点坐标与上一个时间点的边界网格的中心点坐标进行加权平均运算，并将加权平均运算得到的中心点坐标作为当前时间点的边界网格的中心点坐标；
108.在步骤s830中，如果当前帧的边界网格不为第一帧，则需要参考前一帧数据，利用加权平均运算，将前一帧的边界网格的位置与当前帧的边界网格的位置进行融合(前一帧的边界网格与当前帧的边界网格通过车辆的运动信息进行对应)，从而使得判断结果更加连贯，避免出现前后帧检测到的可行驶区域跳动较大的问题。
109.本发明中的一种可行驶区域检测方法，通过激光雷达获取车辆前方预设范围和侧方预设范围的非地面点云；对车辆前方预设范围和侧方预设范围的路面区域进行网格划分，获得多个初始网格；将非地面点云投影至多个初始网格中，得到多个投影网格；对投影
网格对应的非地面点云进行计数，并将非地面点云数量大于阈值的投影网格作为边界网格；根据边界网格构建可行驶区域。本发明通过对道路区域进行网格划分，然后对网格进行边界判定，不需要进行图像识别便能够保证可行驶区域的准确性，降低运算复杂度。
110.本发明还提供一种一种可行驶区域检测系统，系统包括：
111.采集模块，用于获取车辆前方预设范围和侧方预设范围的非地面点云；
112.网格划分模块，用于对车辆前方预设范围和侧方预设范围的路面区域进行网格划分，获得多个初始网格；
113.投影模块，用于将非地面点云投影至多个初始网格中，得到多个投影网格；
114.计数模块，用于对投影网格对应的非地面点云进行计数，并将非地面点云数量大于阈值的投影网格作为边界网格；
115.区域构建模块，用于根据边界网格构建可行驶区域。
116.本发明中的一种可行驶区域检测系统，通过激光雷达获取车辆前方预设范围和侧方预设范围的非地面点云；对车辆前方预设范围和侧方预设范围的路面区域进行网格划分，获得多个初始网格；将非地面点云投影至多个初始网格中，得到多个投影网格；对投影网格对应的非地面点云进行计数，并将非地面点云数量大于阈值的投影网格作为边界网格；根据边界网格构建可行驶区域。本发明通过对道路区域进行网格划分，然后对网格进行边界判定，不需要进行图像识别便能够保证可行驶区域的准确性，降低运算复杂度。
117.需要说明的是，上述实施例所提供的应用程序数据展示系统与上述实施例所提供的应用程序数据展示方法属于同一构思，其中各个模块和单元执行操作的具体方式已经在方法实施例中进行了详细描述，此处不再赘述。上述实施例所提供的应用程序数据展示系统在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能，本处也不对此进行限制。
118.本技术的实施例还提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得电子设备实现上述各个实施例中提供的应用程序数据展示方法。
119.图5示出了适于用来实现本技术实施例的电子设备的计算机系统的结构示意图。需要说明的是，图5示出的电子设备的计算机系统500仅是一个示例，不应对本技术实施例的功能和使用范围带来任何限制。
120.如图5所示，计算机系统500包括中央处理单元(central processing unit，cpu)501，其可以根据存储在只读存储器(read-only memory，rom)502中的程序或者从储存部分508加载到随机访问存储器(random access memory，ram)503中的程序而执行各种适当的动作和处理，例如执行上述实施例中的方法。在ram 503中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。cpu 501、rom 502以及ram 503通过总线504彼此相连。输入/输出(input/output，i/o)接口505也连接至总线504。
121.以下部件连接至i/o接口505：包括键盘、鼠标等的输入部分506；包括诸如阴极射线管(cathode ray tube，crt)、液晶显示器(liquid crystal display，lcd)等以及扬声器等的输出部分507；包括硬盘等的储存部分508；以及包括诸如lan(local areanetwork，局域网)卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分509。通信部分509经由诸如因特网的网络
执行通信处理。驱动器510也根据需要连接至i/o接口505。可拆卸介质511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器510上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入储存部分508。
122.特别地，根据本技术的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本技术的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的计算机程序。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分509从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质511被安装。在该计算机程序被中央处理单元(cpu)501执行时，执行本技术的系统中限定的各种功能。
123.需要说明的是，本技术实施例所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(erasable programmable read only memory，eprom)、闪存、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(compact disc read-only memory，cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本技术中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的计算机程序。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的计算机程序可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。
124.附图中的流程图和框图，图示了按照本技术各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。其中，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
125.描述于本技术实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。
126.本技术的另一方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被计算机的处理器执行时，使计算机执行如前的应用程序数据展示方法。该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的，也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。
127.本技术的另一方面还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述各个实施例中提供的应用程序数据展示方法。
128.上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。