通過理論分析和實驗驗證可知一二兩層返回的信息主要包括路面、車道線、少量障礙物和邊界數(shù)據(jù)；三四兩層主要返回道路邊界、障礙物和少量路表信息，所以在特征種子點提取階段需要重點分析一二兩層的雷達數(shù)據(jù)，這部分數(shù)據(jù)中對于車道線檢測最大的干擾在于路面，提取車道線種子點特征的重點就是分離車道線特征與路面特征。

基于視覺系統(tǒng)的車道線檢測有諸多缺陷

首先，視覺系統(tǒng)對背景光線很敏感，諸如陽光強烈的林蔭道，車道線被光線分割成碎片，致使無法提取出車道線。

其次，視覺系統(tǒng)需要車道線的標識完整，有些年久失修的道路，車道線標記不明顯，不完整，有些剛開通幾年的道路也是如此。

第三，視覺系統(tǒng)需要車道線的格式統(tǒng)一，這對按照模型庫識別車道線的系統(tǒng)尤其重要，有些車道線格式很奇特，比如藍顏色的車道線，很窄的車道線，模型庫必須走遍全國將這些奇特的車道線一一收錄，才能保證順利檢測。

再次，視覺系統(tǒng)無法對應低照度環(huán)境，尤其是沒有路燈的黑夜。一般LKW要求時速在72公里以上才啟動，原因之一是速度比較高時人不會輕易換道，另一個原因就是比較低的車速意味著視覺系統(tǒng)的取樣點不足，擬合的車道線準確度較低。而激光雷達的有效距離一般是視覺系統(tǒng)的4-5倍，有效的采樣點比較多，車速較低時檢測準確度遠高于視覺系統(tǒng)。

最后，如果車道線表面被水覆蓋，視覺系統(tǒng)會完全無效。視覺系統(tǒng)最大的優(yōu)點就是成本低。因此自2008年后，學術界已經(jīng)很少研究基于視覺系統(tǒng)的車道線檢測，轉(zhuǎn)而利用激光雷達檢測車道線，激光雷達可以解決上述所有問題，包括車道線被水覆蓋，激光雷達最大可穿越70米的水深。

激光雷達唯一的缺點就是成本太高。

基于雷達掃描點密度的車道線檢測

早期激光雷達檢測車道線是基于雷達掃描點密度的車道線檢測方法，該方法通過獲取雷達掃描點的坐標并轉(zhuǎn)換成柵格圖，用原始數(shù)據(jù)映射柵格圖，可以是直接坐標柵格圖也可以是極坐標柵格圖。

按照后期處理需要進行選擇，極坐標柵格圖被直接用于車道線識別，即有多個點映射的柵格就被認為是車道線點，該識別方法對特征提取的要求很高，且受距離影響嚴重，因為極坐標柵格距離越近柵格精度越高，車道線識別的精度越高，距離越遠柵格精度越低導致識別車道線的精度就越低然后利用柵格圖中點的密度提取車道線。

對于點密度的求取可以采用直方圖統(tǒng)計的方式，通過直方圖統(tǒng)計點密度快捷直觀，容易理解。由于基于掃描點密度的檢測方法沒有很復雜的中間過程，所以實時性高，在快速檢測中受到大家的青睞。

但是該方法只獲取了掃描點的位置信息，對于雷達反饋的其他信息都沒有進一步分析，容易把一些與車道線掃描點密度類似的道路信息混進車道線檢測結果中；或者在車道線與其他障礙物靠近或重合時，無法區(qū)分出障礙物和車道線，他們只能被當作一個整體保留或剔除。

所以此方法的抗干擾能力差，容易出現(xiàn)誤檢。這種方法目前已經(jīng)不常使用。

激光雷達檢測車道線的四種方法

目前激光雷達檢測車道線主要有四種方法：

· 基于激光雷達回波寬度；

· 基于激光雷達反射強度信息形成的灰度圖，或者根據(jù)強度信息與高程信息配合，過濾出無效信息；

· 激光雷達SLAM與高精度地圖配合，不僅檢測車道線還進行自車定位；

· 利用激光雷達能夠獲取路沿高度信息或物理反射信息不同的特性，先檢測出路沿，因為道路寬度是已知，根據(jù)距離再推算出車道線位置。對于某些路沿與路面高度相差低于3厘米的道路，這種方法無法使用。

后三種方法需要多線激光雷達，最少也是16線激光雷達。前者可以使用4線或單線激光雷達，考慮到奧迪A8已經(jīng)開始使用4線激光雷達，4線激光雷達已經(jīng)進入實用階段。

當然，這四種方法也可以混合使用。

車道線檢測兩步走

車道線檢測基本分兩部走：提取幾何或物理特征，利用離散數(shù)據(jù)擬合成車道線。無論是視覺還是激光雷達，通常都是用最小二乘法擬合車道線。

離散數(shù)據(jù)擬合車道線

Ibeo是最適合第一種方法的激光雷達。Ibeo的激光雷達特有三次回波技術。每點激光返回三個回波，返回信息能夠更加可靠地還原被測物體，同時能夠精確分析相關物體數(shù)據(jù)，并能識別雨、霧、雪等不相關物體的數(shù)據(jù)。

如圖所示，其中W表示回波脈沖寬度，d表示掃描目標的距離。反射率作為物體的固有屬性，受物體材質(zhì)、顏色等的影響，能夠很好地反映物體特征，不同顏色。

密度的物體的反射率都有一定的差異，物體反射率決定Ibeo回波脈沖寬度特性，路面和車道線有著明顯的差異，所以可以利用回波脈沖寬度的差異對目標進行區(qū)分。

上圖為典型的車道線標識

回波寬度

很明顯，路面的回波寬度在2米左右，車道線的回波寬度在4米左右。

根據(jù)Ibeo的特性知道其垂直方向上的掃描角度為3.2度，共分四層掃描，即每層0.8度，在Ibeo水平安裝的情況下，并考慮到實際情況一一Ibeo的高度受車體的限制，其下面兩層（一、二層）主要返回道路表面的信息，而上面兩層（三、四層）主要返回有一定高度的道路信息。

根據(jù)激光雷達的特性知道激光束掃描到物體會立即產(chǎn)生回波，一二兩層的掃描距離遠小于三四兩層。

通過理論分析和實驗驗證可知一二兩層返回的信息主要包括路面、車道線、少量障礙物和邊界數(shù)據(jù)；三四兩層主要返回道路邊界、障礙物和少量路表信息，所以在特征種子點提取階段需要重點分析一二兩層的雷達數(shù)據(jù)，這部分數(shù)據(jù)中對于車道線檢測最大的干擾在于路面，提取車道線種子點特征的重點就是分離車道線特征與路面特征。

最小二乘法擬合車道線

通過最小類內(nèi)方差算法找到路面與車道線的分割閾值，利用誤差分析原理剔除車道線集合范圍內(nèi)的粗大誤差，即剔除干擾信息，提取出車道線特征種子點。然后再擬合成車道線。

最小類內(nèi)方差是一種自適應閾值的求取方法，也是一種模糊聚類方法。其基本思想是使用一個閾值將整體數(shù)據(jù)分成兩個類，因為方差是數(shù)值分布是否均勻的度量，兩個類的內(nèi)部的方差和越小則每一類內(nèi)部的差別就越小，那么兩個類之間的差別就越大。

如果存在一個閾值使得類內(nèi)方差和最小則說明這個閾值就是劃分兩類的最佳閡值，使用最佳閾值劃分意味著劃分兩類出現(xiàn)偏差的概率最小。

通過回波脈沖寬度利用最小類內(nèi)方差算法建模分割車道線特征與路面特征，剔除車道線特征提取的最大干擾。對回波脈沖寬度進行統(tǒng)計分析，并劃分脈沖寬度級別，因為直接使用脈沖寬度值其分布不利于統(tǒng)計，采用對脈沖寬度平均區(qū)域劃分即脈沖寬度級，統(tǒng)計各級內(nèi)的點數(shù)，從而得到回波脈沖寬度分布直方圖。再利用諸如模糊聚類分析方法剔除干擾值。

最小二乘法近似求解不斷優(yōu)化靠近真實值的數(shù)學方法，它可以利用己知數(shù)據(jù)簡便地求得未知數(shù)據(jù)，并不斷優(yōu)化保證求得的數(shù)據(jù)與真實數(shù)據(jù)問的誤差的平方和最小。

利用最小二乘法擬合曲線，就是不斷優(yōu)化求取某條曲線使其最能體現(xiàn)已有數(shù)據(jù)點的變化趨勢，具體過程是利用已知的數(shù)據(jù)點優(yōu)化求取最優(yōu)的未知數(shù)據(jù)合成一條最佳的曲線，并保證已有數(shù)據(jù)點到曲線的距離的平方和最小。

也就是說，曲線擬合不要求近似曲線過所有數(shù)據(jù)點，只需要己知的數(shù)據(jù)點都距離在這條曲線的不遠處，即這條曲線能反映數(shù)據(jù)點的整體分布，又不至于出現(xiàn)較大的局部波動，已知數(shù)據(jù)與曲線的偏差的平方和達到最小就能有效控制波動。

簡而言之，最小二乘法擬合就是利用最小化誤差的平方和求取數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配。

基于激光雷達反射強度信息

根據(jù)反射強度值做的車道線檢測，在車載激光雷達獲取的道路周圍環(huán)境點云數(shù)中，可以輕松區(qū)分出道路與車道線。

具體到車載激光雷達獲取的道路周圍環(huán)境三維點云數(shù)據(jù)中，可以看作一個局部均值變點模型，每一激光層采集的可行駛區(qū)域內(nèi)回波強度值就是一組輸出序列，其回波強度值變化的點就是所要求的車道標線點集。

現(xiàn)在只須在每一激光層采集的可行駛區(qū)域內(nèi)回波強度值輸出序列中檢測是否有變化點，若存在則標記并提取這些變點。基于車載雷達獲取的智能車感興趣區(qū)域內(nèi)海量點云數(shù)據(jù)中的T坐標值有一定高程特點進行濾波，確定可行駛區(qū)域進而剔除與車道標線回波強度值相近的障礙物。

由于車載激光雷達獲取的道路周圍環(huán)境點云數(shù)據(jù)是分層存儲的，不同激光層獲取的道路周圍環(huán)境點云數(shù)據(jù)相鄰兩點間距與到雷達坐標系原點的距離有關。