多傳感器融合技術(shù):原理、架構(gòu)與應(yīng)用解析?(三)
融合推理算法 是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為決策的關(guān)鍵,根據(jù)場(chǎng)景需求可分為概率型、規(guī)則型、學(xué)習(xí)型三類。概率型算法(如卡爾曼濾波、粒子濾波)通過(guò)數(shù)學(xué)模型描述不確定性,適合動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤:例如,利用激光雷達(dá)的距離測(cè)量與毫米波雷達(dá)的速度測(cè)量,通過(guò)擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)融合得到更精準(zhǔn)的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(位置、速度、加速度),使跟蹤誤差降低 40% 以上。規(guī)則型算法基于專家經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)融合邏輯,在結(jié)構(gòu)化場(chǎng)景(如廠區(qū))中可靠性高:如 “當(dāng)超聲波傳感器檢測(cè)到 5m 內(nèi)有物體時(shí),無(wú)論其他傳感器狀態(tài)如何,優(yōu)先觸發(fā)避障”。學(xué)習(xí)型算法(如深度學(xué)習(xí))通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)學(xué)習(xí)融合規(guī)則,在復(fù)雜場(chǎng)景表現(xiàn)突出 —— 基于 Transformer 的融合模型可同時(shí)處理圖像、點(diǎn)云、雷達(dá)信號(hào)的異構(gòu)數(shù)據(jù),通過(guò)自注意力機(jī)制捕捉跨模態(tài)關(guān)聯(lián),在目標(biāo)檢測(cè)任務(wù)中 mAP(平均精度)較單一傳感器提升 15%-20%。
低速自動(dòng)駕駛中的融合實(shí)踐
在低速自動(dòng)駕駛場(chǎng)景(如園區(qū)、港口)中,多傳感器融合呈現(xiàn)出近距離高精度、動(dòng)態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)、成本敏感的獨(dú)特技術(shù)要求,其融合策略與高速場(chǎng)景有顯著差異。
傳感器選型的協(xié)同設(shè)計(jì) 體現(xiàn)場(chǎng)景適配性。激光雷達(dá)選用 16 線或 32 線配置,聚焦 20m 內(nèi)的近距離點(diǎn)云密度(≥100 點(diǎn) /㎡),重點(diǎn)識(shí)別行人、錐桶等低矮目標(biāo);攝像頭采用廣角鏡頭(視場(chǎng)角≥120°),配合畸變校正算法解決近距離成像失真,專注地面引導(dǎo)線與交通標(biāo)志識(shí)別;超聲波傳感器部署于車身四周,在 5m 范圍內(nèi)提供厘米級(jí)測(cè)距,彌補(bǔ)激光雷達(dá)在狹窄通道(如車庫(kù))的探測(cè)盲區(qū);毫米波雷達(dá)則作為冗余,在暴雨、大霧等極端天氣下保障基礎(chǔ)測(cè)距能力。這種組合在成本(約為高速自動(dòng)駕駛方案的 1/5)與性能間取得平衡,滿足低速場(chǎng)景的安全需求。
分層融合架構(gòu) 實(shí)現(xiàn)高效感知。數(shù)據(jù)層融合階段,將激光點(diǎn)云與攝像頭圖像進(jìn)行像素級(jí)對(duì)齊,生成帶語(yǔ)義信息的彩色點(diǎn)云,用于可行駛區(qū)域分割 —— 通過(guò)攝像頭的語(yǔ)義分割結(jié)果(如 “路面”“草地”)指導(dǎo)激光點(diǎn)云的地面提取,使可行駛區(qū)識(shí)別準(zhǔn)確率提升至 98%。特征層融合階段,采用 “目標(biāo)級(jí)融合” 策略:將攝像頭檢測(cè)的目標(biāo)類別(如 “行人”“快遞車”)與激光雷達(dá)的三維尺寸、毫米波雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度關(guān)聯(lián),構(gòu)建完整的目標(biāo)屬性表,為決策規(guī)劃提供多維度信息。決策層融合則基于有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)安全規(guī)則:當(dāng)任意傳感器檢測(cè)到 3m 內(nèi)有動(dòng)態(tài)目標(biāo)時(shí),觸發(fā) “謹(jǐn)慎行駛” 狀態(tài);當(dāng)至少兩個(gè)傳感器同時(shí)檢測(cè)到 1m 內(nèi)有障礙物時(shí),立即激活緊急制動(dòng),通過(guò) “多源確認(rèn)” 降低誤判風(fēng)險(xiǎn)。