Objekterkennung mit Laserscanner

Hardware Inbetriebnahme

Zur Objekterkennung mittels LIDAR wird der Laserscanner URG-04LX der Firma Hokuyo verwendet.

Im Praktikum stehen zwei Laserscanner zur Verfügung. Ein auf dem Fahrzeug verbauter und ein nicht verbauter zum Testen ohne das Fahrzeug für andere Teams zu blockieren. Mit beiden können die nachfolgenden Programme ausgeführt werden.

Es ist zu beachten, dass der nicht verbaute Laserscanner neben der USB-Schnittstelle, die auch der auf dem Fahrzeug befindliche Scanner hat, einen RS232 Anschluss besitzt. Bei dieser Version wird die Stromversorgung über bestimmte Pins an der RS232 Schnittstelle gewährleistet. Hierfür wurde ein Adapterkabel angefertigt, um die Stromversorgung über einen zweiten USB-Anschluss am PC zu verwirklichen. Es müssen also beide USB-Kabel für den Betrieb angeschlossen werden.

Beim erstmaligen Anschluss werden die Treiber nicht automatisch installiert. Diese müssen manuell eingebunden werden. Die Treiber sind im SVN unter trunk\Dokumentation\Datenblätter\Laserscanner\URG Driver for Win zu finden. Eine genaue Beschreibung hierfür und zum Einbinden der URG-Bibliothek für die Kommunikation mit dem Laserscanner über C/C++ hat Asaad Al-Suleihi angefertigt. Sie ist zu finden unter trunk\Dokumentation\Datenblätter\Laserscanner\Anleitung_Laserscanner_URG-04XL-UG01.

Programm

Zur Objekterkennung wird die zweite Ableitung der Y-Position der Messwerte genutzt. Entlang einer Kante eines Objektes und wenn sich an einer Position kein Objekt befindet bleibt diese annähernd Null. An einer Außenkante besitzt die zweite Ableitung einen großen Wert, da sich die erste Ableitung stark ändert. Bei einer Kannte innerhalb eines Objektes ändert sich die erste Ableitung weniger stark und so ist auch der Wert der zweiten Ableitung geringer. Dies ermöglicht es zwischen Innen- und Außenkanten zu unterscheiden. Bei einer detektierten Innenkante können somit der Winkel des Objektes und seine Tiefe berechnet werden.

Es gibt ein allein lauffähiges Programm, welches zu Tests abseits vom Fahrzeug und zur Aufzeichnung von Messdaten genutzt werden kann. Dieses ist im SVN unter trunk\Software\Laserscanner\Laserscanner_Testprogramme\laser_continuous_mode zu finden. Die einzelnen Verarbeitungsschritte sind durch Kommentare erklärt.

Für die Ausführung auf dem Fahrzeug wurden die Objekterkennung mit Laserscanner, die Objekterkennung mit Kamera und die Spurerkennung mit Kamera in einem Programm zusammengeführt. Hierdurch muss keine Kommunikation zwischen den einzelnen Softwareteilen aufgebaut werden. Ebenso können die detektierten Objekte in das Videobild eingespießt werden ums sie so besser mit der Realität vergleichen zu können. Allerdings gibt es Probleme mit der Koordinatentransformation. Diese müssen noch behoben werden. Das kombinierte Programm ist unter trunk\Software\ObjektSpurFusion zu finden. Die für die Objekterkennung relevanten Dateien sind hierbei LidarObject.h und LidarObject.cpp. Sie werden in der Hauptdatei SpurerkennungV01 genutzt. Die öffentlichen Funktionen sind hierbei Lidar_Init(), welche einmal pro Programmausführung aufgerufen werden muss um die Kommunikation mit dem Laserscanner zu starten, sowie object_detection(), welche zyklisch aufgerufen wird. Diese ließt die Daten vom Laserscanner, detektiert vorhandene Objekte und gibt die Objektliste zurück.

Die Objekte werden zur Zeit nur zyklisch gebildet. Der nächste Schritt, nachdem die Koordinatentransformation funktionsfähig ist, wird ein objekttracking mit Datenfusion der LIDAR- und Kameraobjekte sein. Hierfür wird ein Kalman-Filter vorgeschlagen. Als Zuordnungsverfahren wäre z.B. ein Munkrest-Algorithmus empfehlenswert.

MATLAB Testumgebung

Hier werden nachfolgend noch die MATLAB-Dateien beschrieben...