无人驾驶激光点云ICP匹配算法及其FPGA加速
发布时间：2020-12-12 19:25
高精度车辆定位是无人驾驶核心技术之一,高精度车辆定位为无人车提供高精度的位置和姿态信息,而高精度的位姿信息是作为无人驾驶决策控制必不可少的参考信息。实时、连续、高精度、鲁棒性好,适应复杂多变场景的高精度定位是保证无人车辆安全行驶的前提。无人驾驶中定位技术发展至今,由单一传感器的定位发展成为多个传感器组合定位。采用多传感器组合定位,利用不同传感器的优势互补来满足无人车在多变环境下实现实时、连续、高精度、鲁棒性好的定位需求。基于激光雷达（LiDAR,Light Laser Detection and Ranging）的多传感器组合定位方案是目前的主流定位方案之一,但在 CPU（Central Processing Unit）或 GPU（Graphics Processing Unit）计算平台上运行计算,功耗高、能效比低,不利于车规级应用。针对上述问题展开研究,本文分析出激光点云匹配算法的精度和效率是影响基于LiDAR多传感器组合定位的关键因素。在粗-细结合两步法匹配中,迭代最近点（ICP.Iterative Closest Point）算法是整个点云匹配算法的瓶颈,其算法耗时长,是制约整...
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．３可以看到，一个ｋ－ｄ?ｔｒｅｅ即是将一个二维平面??逐步划分的过程
硕士学位论文??ＭＡＳＴＥＲ＇Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??１１??１０?－?攀??ｏ??７」?￣￣？?１????６?一??５?一?？??■????３?－?Ｏ??２?－?Ｏ??１?—??ｉ＿．?｜?；?Ｉ?！?！?！?Ｉ?［￣＂??Ｘ轴??１２３４５６７８９?１０?１１??图２．３二维ｋ－ｄ?ｔｒｅｅ平面划分??１４??
初期细化分解各个运算模块从而减少错误、优化算法运算??步骤以便于在ＦＰＧＡ平台上实现。ｍａｔｌａｂ是一种解释性的高级语言，凭借简单、丰??富的功能模块、庞大的用户社区以及对并非软件设计人员容易上手的优势得到了众??多科研工作者的青睐。本次ＩＣＰ算法ｍａｔｌａｂ程序设计，依照自顶向下的程序设计思??想来逐步细化实现各个模块，从而完成了整个ＩＣＰ算法的ｍａｔｌａｂ建模，为后续的??ＦＰＧＡ硬件设计奠定基矗下面将从算法顶层设计到各个模块的设计进行介绍。??３．１?ＩＣＰ算法顶层设计??如图３．１为整个ＩＣＰ算法的ｍａｔｌａｂ软件主函数流程图：??（开始）??１???Ｉ???—＊?７?构造求解矩阵〔??初始化?／??????＾??＊???对矩阵Ｃ进行奇异??值分解??［Ｕ．Ｉ，Ｖ］＝ＳＶＤ（Ｃ）??数小于最大迭代Ｉ??最小距离ｄｉｓｔ大于阈值｜??｜求解旋＾矩阵Ｒ，??平移向量Ｔ??ｉ?Ｒ＝ＵＶＴ??Ｉ?Ｔ＝ｍｅｍ－Ｒｍｅｄ??遍历ｄａｔａ中的点ｐ找寻?▼??ｍｏｄｅｌ与该点最近点ｑ?由本次迭代得到Ｒ，Ｔ?????假?对ｄａｔａ尽心旋转平??移更新???＊??Ｄａｔａ＝ｄａｔａ－Ｒ＋Ｔ??计篝平均最小臣离ｄｉｓｔ?Ｉ??????／输出旋转矩?／??／?阵Ｒ和平移?／???ｊｒ??／?向霣丁?／??计算当前场景点云重心??＾??１??ｍｅｍ、模型点云重心?＾??ｍｅｄ?，?１?ｖ??￣￣１￣￣?Ｃ?结束）??图３．１?１ＣＰ算法ｍａｔｌａｂ流程图??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一键呼叫免费试乘 无人驾驶出租车真的来了！[J]. 人民交通. 2020(05)
[2]千寻位置在铁路勘测中的应用研究[J]. 杨李龙,徐永明. 铁道勘察. 2020(03)
[3]一种基于改进自适应卡尔曼滤波的GNSS/INS组合导航算法[J]. 吴晓倩,卢秀山,王胜利,王鸣鹤,柴大帅. 科学技术与工程. 2020(03)
[4]一种适用于高动态强干扰环境的视觉辅助微机械捷联惯性导航系统/全球定位系统超紧组合导航系统[J]. 李群生,赵剡,王进达. 兵工学报. 2019(11)
[5]地平线量产中国首款车规级AI芯片[J]. 徐泉. 计算机与网络. 2019(18)
[6]无人驾驶汽车的发展现状及展望[J]. 姜允侃. 微型电脑应用. 2019(05)
[7]激光扫描匹配方法研究综述[J]. 宗文鹏,李广云,李明磊,王力,李帅鑫. 中国光学. 2018(06)
[8]数字信号截位影响分析[J]. 焦庆君,解剑. 计算机与网络. 2017(12)
[9]流水线技术在FPGA设计中的运用[J]. 张立学,尹东辉. 计算机时代. 2016(02)
[10]激光点云实现探地雷达图像地形校正的研究[J]. 任丽丽,李家存,张迪,钟若飞,曾凡洋. 激光与红外. 2014(08)
博士论文
[1]城市环境下无人车自主定位关键技术研究[D]. 康俊民.长安大学 2016
[2]数字信号处理系统的定点化技术研究[D]. 张林生.哈尔滨工业大学 2010
[3]GNSS完好性增强理论与方法研究[D]. 牛飞.解放军信息工程大学 2008
硕士论文
[1]基于激光里程计的无人驾驶汽车位姿估计研究[D]. 吴学易.长安大学 2018
[2]高精度地图的构建及在定位和标注中的应用研究[D]. 周旺.国防科学技术大学 2016
[3]基于实测数据的机载SAR成像算法研究[D]. 张璘.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：2913144
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．３可以看到，一个ｋ－ｄ?ｔｒｅｅ即是将一个二维平面??逐步划分的过程
硕士学位论文??ＭＡＳＴＥＲ＇Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??１１??１０?－?攀??ｏ??７」?￣￣？?１????６?一??５?一?？??■????３?－?Ｏ??２?－?Ｏ??１?—??ｉ＿．?｜?；?Ｉ?！?！?！?Ｉ?［￣＂??Ｘ轴??１２３４５６７８９?１０?１１??图２．３二维ｋ－ｄ?ｔｒｅｅ平面划分??１４??
初期细化分解各个运算模块从而减少错误、优化算法运算??步骤以便于在ＦＰＧＡ平台上实现。ｍａｔｌａｂ是一种解释性的高级语言，凭借简单、丰??富的功能模块、庞大的用户社区以及对并非软件设计人员容易上手的优势得到了众??多科研工作者的青睐。本次ＩＣＰ算法ｍａｔｌａｂ程序设计，依照自顶向下的程序设计思??想来逐步细化实现各个模块，从而完成了整个ＩＣＰ算法的ｍａｔｌａｂ建模，为后续的??ＦＰＧＡ硬件设计奠定基矗下面将从算法顶层设计到各个模块的设计进行介绍。??３．１?ＩＣＰ算法顶层设计??如图３．１为整个ＩＣＰ算法的ｍａｔｌａｂ软件主函数流程图：??（开始）??１???Ｉ???—＊?７?构造求解矩阵〔??初始化?／??????＾??＊???对矩阵Ｃ进行奇异??值分解??［Ｕ．Ｉ，Ｖ］＝ＳＶＤ（Ｃ）??数小于最大迭代Ｉ??最小距离ｄｉｓｔ大于阈值｜??｜求解旋＾矩阵Ｒ，??平移向量Ｔ??ｉ?Ｒ＝ＵＶＴ??Ｉ?Ｔ＝ｍｅｍ－Ｒｍｅｄ??遍历ｄａｔａ中的点ｐ找寻?▼??ｍｏｄｅｌ与该点最近点ｑ?由本次迭代得到Ｒ，Ｔ?????假?对ｄａｔａ尽心旋转平??移更新???＊??Ｄａｔａ＝ｄａｔａ－Ｒ＋Ｔ??计篝平均最小臣离ｄｉｓｔ?Ｉ??????／输出旋转矩?／??／?阵Ｒ和平移?／???ｊｒ??／?向霣丁?／??计算当前场景点云重心??＾??１??ｍｅｍ、模型点云重心?＾??ｍｅｄ?，?１?ｖ??￣￣１￣￣?Ｃ?结束）??图３．１?１ＣＰ算法ｍａｔｌａｂ流程图??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一键呼叫免费试乘 无人驾驶出租车真的来了！[J]. 人民交通. 2020(05)
[2]千寻位置在铁路勘测中的应用研究[J]. 杨李龙,徐永明. 铁道勘察. 2020(03)
[3]一种基于改进自适应卡尔曼滤波的GNSS/INS组合导航算法[J]. 吴晓倩,卢秀山,王胜利,王鸣鹤,柴大帅. 科学技术与工程. 2020(03)
[4]一种适用于高动态强干扰环境的视觉辅助微机械捷联惯性导航系统/全球定位系统超紧组合导航系统[J]. 李群生,赵剡,王进达. 兵工学报. 2019(11)
[5]地平线量产中国首款车规级AI芯片[J]. 徐泉. 计算机与网络. 2019(18)
[6]无人驾驶汽车的发展现状及展望[J]. 姜允侃. 微型电脑应用. 2019(05)
[7]激光扫描匹配方法研究综述[J]. 宗文鹏,李广云,李明磊,王力,李帅鑫. 中国光学. 2018(06)
[8]数字信号截位影响分析[J]. 焦庆君,解剑. 计算机与网络. 2017(12)
[9]流水线技术在FPGA设计中的运用[J]. 张立学,尹东辉. 计算机时代. 2016(02)
[10]激光点云实现探地雷达图像地形校正的研究[J]. 任丽丽,李家存,张迪,钟若飞,曾凡洋. 激光与红外. 2014(08)
博士论文
[1]城市环境下无人车自主定位关键技术研究[D]. 康俊民.长安大学 2016
[2]数字信号处理系统的定点化技术研究[D]. 张林生.哈尔滨工业大学 2010
[3]GNSS完好性增强理论与方法研究[D]. 牛飞.解放军信息工程大学 2008
硕士论文
[1]基于激光里程计的无人驾驶汽车位姿估计研究[D]. 吴学易.长安大学 2018
[2]高精度地图的构建及在定位和标注中的应用研究[D]. 周旺.国防科学技术大学 2016
[3]基于实测数据的机载SAR成像算法研究[D]. 张璘.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：2913144
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