一种智能驾驶汽车障碍物检测方法研究.pdf

凿燥蚤院员园援猿怨远怨辕 躁援 蚤泽泽灶援员远苑员 原缘源源远援 圆园圆猿援园圆援园园猿一种智能驾驶汽车障碍物检测方法研究鄢黄兴驰袁申彩英袁朱思瑶袁史田阳渊辽宁工业大学 汽车与交通工程学院袁辽宁 锦州 员圆员园园员冤摘要院针对智能驾驶汽车对道路交通障碍物识别与检测问题袁开展对道路交通主要参与者如汽车尧骑行者尧行人进行检测识别的研究袁运用一种基于卷积渊悦韵晕灾冤神经网络的端到端目标检测算法对障碍物进行识别遥 测试结果表明袁通过可见光摄像头传感器采集数据的目标检测准确率可达到 怨园豫袁速率可达到 远园 帧以上袁可以满足智能汽车行驶时的实时检测需求袁并且成本可控遥关键词院智能驾驶汽车曰神经网络曰目标检测曰实时检测中图分类号院哉源远源援 员猿源 文献标志码院粤 文章编号院员远苑员 原缘源源远渊圆园圆猿冤园圆 原园园员园 原园猿砸藻泽藻葬则糟澡 燥灶 韵遭泽贼葬糟造藻 阅藻贼藻糟贼蚤燥灶 酝藻贼澡燥凿 枣燥则 陨灶贼藻造造蚤早藻灶贼 阅则蚤增蚤灶早 灾藻澡蚤糟造藻泽匀哉粤晕郧 载蚤灶早糟澡蚤袁 杂匀耘晕 悦葬蚤赠蚤灶早袁 在匀哉 杂蚤赠葬燥袁 杂匀陨 栽蚤葬灶赠葬灶早渊粤怎贼燥皂燥遭蚤造藻 葬灶凿 栽则葬枣枣蚤糟 耘灶早蚤灶藻藻则蚤灶早袁 蕴蚤葬燥灶蚤灶早 哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠 燥枣 栽藻糟澡灶燥造燥早赠袁 允蚤灶扎澡燥怎 员圆员园园员袁悦澡蚤灶葬冤粤遭泽贼则葬糟贼院 粤蚤皂蚤灶早 葬贼 贼澡藻 蚤凿藻灶贼蚤枣蚤糟葬贼蚤燥灶 葬灶凿 凿藻贼藻糟贼蚤燥灶 燥枣 则燥葬凿 贼则葬枣枣蚤糟 燥遭泽贼葬糟造藻泽 遭赠 蚤灶贼藻造造蚤早藻灶贼 凿则蚤增蚤灶早 增藻澡蚤糟造藻泽袁 贼澡藻 则藻泽藻葬则糟澡 燥灶 贼澡藻 凿藻贼藻糟鄄贼蚤燥灶 葬灶凿 蚤凿藻灶贼蚤枣蚤糟葬贼蚤燥灶 燥枣 皂葬躁燥则 则燥葬凿 贼则葬枣枣蚤糟 责葬则贼蚤糟蚤责葬灶贼泽 泽怎糟澡 葬泽 糟葬则泽袁 糟赠糟造蚤泽贼泽 葬灶凿 责藻凿藻泽贼则蚤葬灶泽 蚤泽 糟葬则则蚤藻凿 燥怎贼袁 葬灶凿 葬灶 藻灶凿鄄贼燥鄄藻灶凿 贼葬则早藻贼遭葬泽藻凿 燥灶 糟燥灶增燥造怎贼蚤燥灶葬造 灶藻怎则葬造 灶藻贼憎燥则噪 蚤泽 怎泽藻凿援 栽澡藻 凿藻贼藻糟贼蚤燥灶 葬造早燥则蚤贼澡皂 蚤凿藻灶贼蚤枣蚤藻泽 燥遭泽贼葬糟造藻泽援 栽澡藻 贼藻泽贼 则藻泽怎造贼泽 泽澡燥憎 贼澡葬贼 贼澡藻 贼葬则早藻贼 凿藻贼藻糟鄄贼蚤燥灶 葬糟糟怎则葬糟赠 则葬贼藻 燥枣 贼澡藻 凿葬贼葬 糟燥造造藻糟贼藻凿 遭赠 贼澡藻 增蚤泽蚤遭造藻 造蚤早澡贼 糟葬皂藻则葬 泽藻灶泽燥则 糟葬灶 则藻葬糟澡 怨园豫袁 葬灶凿 贼澡藻 则葬贼藻 糟葬灶 则藻葬糟澡 皂燥则藻 贼澡葬灶 远园 枣则葬皂藻泽袁憎澡蚤糟澡 糟葬灶 皂藻藻贼 贼澡藻 则藻葬造鄄贼蚤皂藻 凿藻贼藻糟贼蚤燥灶 则藻择怎蚤则藻皂藻灶贼泽 燥枣 泽皂葬则贼 糟葬则泽 憎澡蚤造藻 凿则蚤增蚤灶早袁 葬灶凿 贼澡藻 糟燥泽贼 蚤泽 糟燥灶贼则燥造造葬遭造藻援运藻赠 憎燥则凿泽院 蚤灶贼藻造造蚤早藻灶贼 凿则蚤增蚤灶早 糟葬则曰 灶藻怎则葬造 灶藻贼憎燥则噪曰 燥遭躁藻糟贼 凿藻贼藻糟贼蚤燥灶曰 则藻葬造鄄贼蚤皂藻 凿藻贼藻糟贼蚤燥灶引 言 伴随新能源汽车产业发展和人工智能研究日趋成熟袁传统汽车不再能满足消费市场对汽车功能的更高追求袁汽车智能化问题已经迫在眉睫袁环境感知是智能汽车辅助驾驶或自动驾驶的前提袁碰撞预警和路径自动规划等功能都依赖于环境感知系统遥 障碍识别即目标检测是环境感知系统的重要功能之一袁如何在汽车运行过程中快速识别道路交通参与者袁是汽车智能化亟需解决的问题咱员鄄猿暂遥 圆园员远 年华盛顿大学的余翔发明了 杂怎遭悦晕晕 算法袁该算法在基于卷积神经网络的目标检测方法中袁创建了新的区域提案网络袁使得算法能够较好地识别不同姿态下的物体遥 圆园圆员 年北卡罗莱纳大学的刘贤鹏发明了酝燥灶燥悦燥灶 算法袁该算法基于深度神经网络的特征主干尧多检测头分支学习目标边界框预测中的基本特征参数袁达到了较好的目标检测效果遥员 卷积神经网络员援 员 再韵蕴韵 算法发展现状圆园员远 年袁 华盛顿大学的 砸藻凿皂燥灶 提出 再韵蕴韵渊赠燥怎 燥灶造赠 造燥燥噪 燥灶糟藻冤算法咱源暂袁其创新之处在于将目标分类和目标位置检测融合进一个主干网络袁使得检测速度显著提高袁但其精度相比同时期其他算法有所降低曰圆园员愿 年袁该作者提出 再韵蕴韵增猿 改进版本咱缘暂袁此版本中袁作者放弃了池化层和全连接层袁仅使用卷积层构建神经网络袁解决了由池化导致的图像特征信息丢失的问题袁检测精度大幅提升的同时袁保留了该算法一贯的速度优势遥第 圆 期渊总第 员怨园 期冤 现 代 车 用 动 力 晕燥郾 圆渊泽藻则蚤葬造 晕燥郾 员怨园冤 圆园圆猿 年 缘 月 酝韵阅耘砸晕 灾耘匀陨悦蕴耘 孕韵宰耘砸 酝葬赠郾 圆园圆猿 鄢收稿日期院圆园圆圆 原员圆 原员苑基金项目院圆园圆圆 年辽宁省教育厅项目渊蕴允运酝在圆园圆圆园怨苑愿冤作者简介院黄兴驰渊员怨怨缘要冤袁男袁安徽安庆人袁硕士袁主要研究方向为无人驾驶汽车遥员援 圆 再韵蕴韵增缘 算法圆园圆园 年袁再韵蕴韵增缘鄄员援 园 算法咱远暂推出袁相比于上一代算法增加了 酝燥泽葬蚤糟 数据增强模块尧切片渊云燥糟怎泽冤模块尧特征金字塔结构渊云孕晕 垣 孕粤晕冤咱苑暂等改进袁使得检测精度与速度都达到相对其他图像检测算法的领先水平遥 圆园圆员 年 员圆 月袁算法迭代至 再韵蕴韵增缘鄄缘援 园 版本袁结构如图 员 所示遥图 员 再韵蕴韵增缘原缘援园 网络结构 主干网络由切片尧卷积加批归一化加激活函数渊悦月蕴冤尧卷积加残差渊悦杂孕员冤以及池化渊杂孕孕冤模块构成遥 首先将 远源园 伊远源园 分辨率的输入图像分为 源 份再进行切片袁其次进行张量拼接渊悦燥灶糟葬贼冤和卷积操作袁特征图变为 猿圆园 伊猿圆园 伊 猿圆袁再使用 悦月蕴 模块将特征图缩小并加大深度为 员远园 伊 员远园 伊 远源曰悦杂孕员 模块的核心是残差单元袁解决网络梯度消失问题曰杂孕孕模块对特征图分别进行 猿 次最大池化再进行张量拼接袁在不改变特征图大小的情况下增加检测网络对特征信息的学习范围遥 颈部网络由 悦月蕴尧悦杂孕圆尧悦燥灶糟葬贼 和上采样渊哉责 泽葬皂责造藻冤模块构成遥 悦杂孕圆 模块相比 悦杂孕员袁将残差单元替换为 悦月蕴曰悦燥灶糟葬贼 将多个特征图进行拼接合并袁加深数据维度曰哉责 泽葬皂责造藻 在不改变通道数的前提下放大特征图以便输入颈部网络处理遥 颈部网络采用特征金字塔结构袁云孕晕 自上向下采样袁孕粤晕 自下向上采样袁将 圆 种结构串接起来袁能显著提高检测网络的特征学习能力遥 检测头部分数据被分别进行下采样 愿袁员远袁猿圆 倍袁猿 个分支分别对应大小不同的目标遥 神经网络损失函数包括置信度损失函数渊燥遭躁藻糟贼灶藻泽泽 造燥泽泽冤尧分类损失函数渊糟造葬泽泽蚤枣蚤糟葬贼蚤燥灶 造燥泽泽冤尧位置损失函数渊造燥糟葬造蚤扎葬贼蚤燥灶 造燥泽泽冤猿 种遥置信度损失函数采用二元交叉熵损失院渊员冤式中院杂 为网格尺寸曰月 为每个网格单元包含的锚框数量曰陨蚤躁表示第 蚤 个网格单元中的第 躁 个锚框预测目标与否袁是置员袁否置园曰 为预测置信度参数袁当前锚框是否负责预测目标袁是置 员袁否置 园曰悦 为真实置信度参数遥 类别损失函数同样采用二元交叉熵损失院渊圆冤式中院糟 为分类数量曰灶 为待检测物体类别的数量曰为预测分类概率曰孕 为真实分类遥 位置损失函数为院蕴造燥糟越员 原 陨韵哉 垣籽圆糟圆垣 葬增 越员 垣 葬增 原 阅陨韵哉渊猿冤增 越源仔圆渊葬则糟贼葬灶憎造澡造原 葬则糟贼葬灶憎责澡责冤圆越源仔圆渊葬则糟贼葬灶曾造圆原 曾造员赠造圆原 赠造员原 葬则糟贼葬灶曾责圆原 曾责员赠责圆原 赠责员冤圆渊源冤葬 越增员 原 陨韵哉 垣 增渊缘冤阅陨韵哉 越 陨韵哉 原籽圆糟圆渊远冤式中院陨韵哉 为 圆 矩形框交并比袁是为了计算 圆 个检测框的重叠程度曰阅陨韵哉 为包含距离因素的交并比曰籽为两矩形框中心点距离曰糟 为 圆 矩形框包围矩形的对角线长曰增 为 圆 矩形框相似度曰葬 为 增 的影响因子遥员员 圆园圆猿 年第 圆 期 黄兴驰袁等院一种智能驾驶汽车障碍物检测方法研究圆 矩形框完全重合时袁增 为 园袁葬 也取 园曰圆 矩形框相差趋于无穷远时袁增 为 原 员袁葬 取 员遥 憎造袁澡造为先验框宽和高曰憎责袁澡责为锚框的宽和高遥 渊曾造圆袁赠造圆冤为先验框的右上角坐标袁渊曾造员袁赠造员冤为先验框的左下角坐标曰渊曾责圆袁赠责圆冤为锚框的右上角坐标袁渊曾责员袁赠责员冤为锚框的左下角坐标遥圆 试验验证圆援 员 算法训练搭建 蕴蚤灶怎曾 发行版为 哉遭怎灶贼怎员愿援 园源 的云服务器环境袁服务器硬件配置如表 员 所示袁软件版本如表 圆所示遥表 员 服务器硬件配置表硬件型号中央处理器陨灶贼藻造 载藻燥灶 孕造葬贼蚤灶怎皂 愿圆缘缘悦随机存取存储器阅阅砸源 猿 园园园 酝匀扎图形处理器晕增蚤凿蚤葬 郧藻云燥则糟藻 砸栽载 圆园愿园栽蚤表 圆 软件版本表软件框架版本孕赠栽燥则糟澡员援 员园援 员悦哉阅粤员员援员孕赠贼澡燥灶猿援 愿使用 运陨栽栽陨 韵遭躁藻糟贼 阅藻贼藻糟贼蚤燥灶 耘增葬造怎葬贼蚤燥灶 圆园员圆 数据集作为训练样本袁其包含 苑 源愿员 张道路交通采集图像袁数据集划分为训练集 苑园豫尧测试集 猿园豫袁对再韵蕴韵增缘鄄缘援 园 网络进行 猿园 轮训练遥圆援 圆 结果分析如图 圆 耀图 源 所示袁再韵蕴韵增缘鄄缘援 园 网络能够有效识别道路上的汽车尧骑行者和行人袁检测框可以包围目标位置袁检测标签左侧为目标类别袁右侧为置信度遥 在宽广马路尧商业街小路尧步行街等多种场景下袁网络均可以正确识别到汽车尧骑行者和行人袁针对汽车的识别正确率可达 怨园豫 以上袁骑行者尧行人识别正确率可达 愿园豫 以上袁识别速率达 远远 帧遥 由图源可见袁目标检测网络没有将停靠在路边的自行图 圆 检测结果 员图 猿 检测结果 圆图 源 检测结果 猿车误识别为骑行者遥 图中 悦葬则 为汽车曰悦赠糟造蚤泽贼 为骑行者曰孕藻凿藻泽贼则蚤葬灶 为行人遥猿 结束语运用卷积神经网络目标检测算法袁可对各类物体进行深度学习后检测遥 使用 再韵蕴韵增缘鄄缘援 园 网络对道路交通主要参与者进行检测袁测试结果表明袁该算法精度高袁具有良好的实时性袁能够满足智能汽车环境感知需求遥参考文献院咱员暂 贾会群援 无人驾驶车辆自主导航关键技术研究咱阅暂援 长春院中国科学院大学 渊中国科学院长春光学精密机械与物理研究所冤袁圆园员怨援咱圆暂 陈孟军援 智能网联汽车渊陨悦灾冤技术的发展现状及趋势咱允暂援 时代汽车袁圆园圆员渊圆圆冤院愿鄄怨援咱猿暂 陈力袁 殷时蓉袁 罗天洪袁等援 基于 月孕 神经网络的智能车辆换道决策模型研究咱允暂援 汽车工程学报袁 圆园圆圆袁 员圆渊员冤院愿猿鄄愿怨援咱源暂 砸耘阅酝韵晕 允袁 阅陨灾灾粤蕴粤 杂袁 郧陨砸杂匀陨悦运 砸袁 藻贼 葬造援 再燥怎 燥灶造赠造燥燥噪 燥灶糟藻院 哉灶蚤枣蚤藻凿袁 则藻葬造鄄贼蚤皂藻 燥遭躁藻糟贼 凿藻贼藻糟贼蚤燥灶咱悦暂 辕 辕 孕则燥鄄糟藻藻凿蚤灶早泽 燥枣 贼澡藻 陨耘耘耘 糟燥灶枣藻则藻灶糟藻 燥灶 糟燥皂责怎贼藻则 增蚤泽蚤燥灶 葬灶凿责葬贼贼藻则灶 则藻糟燥早灶蚤贼蚤燥灶援 圆园员远院 苑苑怨鄄苑愿愿援咱缘暂 砸耘阅酝韵晕 允袁云粤砸匀粤阅陨 粤援 再韵蕴韵增猿院粤灶 蚤灶糟则藻皂藻灶贼葬造 蚤皂鄄责则燥增藻皂藻灶贼咱允暂援 葬则载蚤增 责则藻责则蚤灶贼 葬则载蚤增院员愿园源援园圆苑远苑袁 圆园员愿援咱远暂 宰粤晕郧 允袁 悦匀耘晕 再袁 郧粤韵 酝袁 藻贼 葬造援 陨皂责则燥增藻凿 再韵蕴韵增缘灶藻贼憎燥则噪 枣燥则 则藻葬造鄄贼蚤皂藻 皂怎造贼蚤鄄泽糟葬造藻 贼则葬枣枣蚤糟 泽蚤早灶 凿藻贼藻糟贼蚤燥灶咱允暂援葬则载蚤增 责则藻责则蚤灶贼 葬则载蚤增院圆员员圆援园愿苑愿圆袁 圆园圆员援咱苑暂 李福进袁 孟路达援 基于特征金字塔 杂杂阅 的行人检测算法咱允暂援 河北联合大学学报渊自然科学版冤袁 圆园圆员袁 源猿渊员冤院员员源鄄员圆园援圆员现 代 车 用 动 力 圆园圆猿 年第 圆 期