一種基于高清正射影像圖的高精細(xì)地圖生成系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是地圖測繪領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于高清正射影像圖的高精細(xì)地圖生成系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]地圖已經(jīng)成為車輛日常出行不可或缺的一部分，主要用于環(huán)境查看和路徑導(dǎo)航。但目前絕大多數(shù)常見地圖只能提供道路級別精度的地理信息，駕駛者或駕駛系統(tǒng)無法從地圖上得知當(dāng)前道路車道信息以及自身處于哪一條車道，且這些地圖包含的道路相關(guān)信息有限，一般僅包含部分交通標(biāo)志信息大致位置信息和道路形狀信息，精度低，信息量小，不能全面反映道路特征。常見地圖的影像圖采用衛(wèi)星影像圖或航拍圖像，圖像分辨率較低，多數(shù)僅能達(dá)到米級，不能分辨路面特征，對車道信息以及路面交通標(biāo)志無法準(zhǔn)確呈現(xiàn)，低分辨率也是制約地圖精度提升的一個重要因素。
[0003]隨著先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)和無人駕駛車輛的研發(fā)和應(yīng)用，計算機(jī)智能被更多引入車輛駕駛之中，與人類駕駛員不同，計算機(jī)依賴精確數(shù)據(jù)才能完成對車輛的各種操作，普通地圖無法提供足夠詳細(xì)和精確的數(shù)據(jù)供計算機(jī)使用，只有高精細(xì)地圖才能滿足需要，使用高精細(xì)地圖可以有效提升先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)和無人駕駛車輛的表現(xiàn)。
[0004]目前高精細(xì)地圖制作也存在其他方法，例如使用激光雷達(dá)，激光雷達(dá)采集信息精度高，全局性好，但成本高昂，數(shù)據(jù)量大，且生成圖像為反射率圖像，與現(xiàn)實景物存在差異，使用拍攝圖像的方式則成本低廉，使用較為簡便。
[0005]公開號為CN103996036A的中國專利(申請?zhí)朇N201410253818.4)，該專利提供一種地圖數(shù)據(jù)采集方法及裝置，該裝置所能提供的數(shù)據(jù)類型很有限，雖該專利技術(shù)中未明確說明，但其方法只能給出大致位置，數(shù)據(jù)精度難以達(dá)到厘米級。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于高清正射影像圖的高精細(xì)地圖生成系統(tǒng)及方法，通過圖像拍攝模塊獲取道路圖像，并同時采集GPS等數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理后在地理信息處理軟件中生成高精度的全局地圖底圖并標(biāo)注道路地理信息，用于滿足先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)和無人駕駛車輛等對高精細(xì)地圖的需求。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明提供一種基于高清正射影像圖的高精細(xì)地圖生成系統(tǒng)，包括:
[0009]圖像拍攝模塊，采集同一位置車輛周圍各個角度道路圖像，并經(jīng)圖像處理算法獲取道路高分辨率正射投影圖像，該正射投影圖像將作為圖像及數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的輸入，用于生成地理信息數(shù)據(jù)標(biāo)注的底圖；
[0010]水平激光雷達(dá)，用于獲取車輛周圍障礙物位置信息，獲取的信息將作為圖像及數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的輸入，用于剔除被障礙物遮擋的路面部分；
[0011]GPS處理模塊，用于接收GPS衛(wèi)星信號，以及接收慣性導(dǎo)航模塊數(shù)據(jù)、旋轉(zhuǎn)編碼器數(shù)據(jù)，接收到的GPS原始數(shù)據(jù)使用精確單點定位技術(shù)進(jìn)行處理，并與慣性導(dǎo)航模塊數(shù)據(jù)、旋轉(zhuǎn)編碼器數(shù)據(jù)融合，獲得高精度GPS數(shù)據(jù)和車輛航向角數(shù)據(jù)，高精度的GPS數(shù)據(jù)和車輛航向角數(shù)據(jù)作為圖像及數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的輸入，用于地理信息數(shù)據(jù)的標(biāo)注；
[0012]慣性導(dǎo)航模塊，接收慣性導(dǎo)航裝置數(shù)據(jù)，并將其輸入到GPS處理模塊，用于與GPS數(shù)據(jù)、旋轉(zhuǎn)編碼器數(shù)據(jù)融合以獲取高精度GPS數(shù)據(jù)，在GPS信號丟失情況下的數(shù)據(jù)推算；
[0013]旋轉(zhuǎn)編碼器，統(tǒng)計車輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，獲取車輛里程信息，并將其輸入到GPS處理模塊，用于與GPS數(shù)據(jù)、旋轉(zhuǎn)編碼器數(shù)據(jù)融合以獲取高精度GPS數(shù)據(jù)，幫助推導(dǎo)車輛航向角數(shù)據(jù)；
[0014]圖像及數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，接收正射投影圖像、水平激光雷達(dá)數(shù)據(jù)、高精度GPS數(shù)據(jù)、車輛航向角數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)融合生成設(shè)定大小、與車輛航向相同、沒有障礙物遮擋的路面新正射投影圖像，并生成對應(yīng)的地理信息文件，新正射投影圖像和對應(yīng)的地理信息文件作為輸入傳遞給地理信息處理模塊；
[0015]地理信息處理模塊，接收圖像及數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊傳遞來的新正射投影圖像和對應(yīng)的地理信息文件，在地理信息系統(tǒng)軟件中生成高分辨率、高精度的道路地圖底圖，并在地圖底圖上標(biāo)注一系列高精度的地理信息數(shù)據(jù)，生成高精細(xì)地圖。
[0016]本發(fā)明提供一種基于高清正射影像圖的高精細(xì)地圖生成方法，具體步驟如下:
[0017]步驟1、在數(shù)據(jù)采集車輛上架設(shè)圖像拍攝模塊，該圖像拍攝模塊可以是全景相機(jī)，也可以是普通攝像頭的組合，使用GPS接收機(jī)、慣性導(dǎo)航裝置記錄位置信息，使用安裝在車輪上的旋轉(zhuǎn)編碼器，每檢測到隔一段距離或時間，系統(tǒng)發(fā)送一個觸發(fā)脈沖，該脈沖觸發(fā)圖像拍攝模塊使之采集道路圖像、同時該脈沖觸發(fā)一次時間戳記錄用于該道路圖像獲取對應(yīng)的GPS ；
[0018]步驟2、采集步驟I所述數(shù)據(jù)的同時，使用車輛四周安裝的水平激光雷達(dá)，檢測采集車輛周圍障礙物，如其他車輛；
[0019]步驟3、對采集到的GPS原始數(shù)據(jù)使用精確單點定位技術(shù)(PPP)處理，得到高精度GPS數(shù)據(jù)，同時使用擴(kuò)展卡爾曼濾波器融合GPS原始數(shù)據(jù)、慣性導(dǎo)航裝置數(shù)據(jù)、編碼器數(shù)據(jù)，得到精確的車輛航向角數(shù)據(jù)及GPS信號失效區(qū)域的GPS數(shù)據(jù)，用于對應(yīng)特定道路圖像；
[0020]步驟4、對道路圖像進(jìn)行處理，根據(jù)圖像拍攝模塊水平偏角以及俯仰角數(shù)據(jù)獲取對應(yīng)的正射影像圖，結(jié)合之前得到的車輛航向角數(shù)據(jù)，對正射影像圖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，再對旋轉(zhuǎn)后正射影像圖進(jìn)行裁剪，裁剪掉旋轉(zhuǎn)后的空白區(qū)域及正射影像圖中形變嚴(yán)重的邊緣位置；
[0021]步驟5、根據(jù)激光雷達(dá)檢測到障礙物的位置，再次裁剪圖片，將路面被遮擋位置裁去，后續(xù)可以使用相鄰圖片未被遮擋的重疊位置對其進(jìn)行代替；
[0022]步驟6、根據(jù)之前得到的GPS數(shù)據(jù)，按照標(biāo)準(zhǔn)格式生成每張正射影像圖對應(yīng)的地理信息文件，以后綴為jpg’圖片為例，其對應(yīng)的地理信息文件后綴為jgw’，該文件可用于推測圖片每個像素對應(yīng)的GPS信息；
[0023]步驟7、將正射影像圖與對應(yīng)的地理信息文件導(dǎo)入地理信息系統(tǒng)軟件，生成一個采集區(qū)域整體的道路地圖底圖，為了提高地圖底圖顯示效率和后續(xù)操作效率，生成該地圖底圖的瓦片地圖；
[0024]步驟8、在生成的地圖底圖上標(biāo)注一系列道路信息數(shù)據(jù)，包括:道路邊沿、車道線、路面標(biāo)志、交通標(biāo)志、路口點信息、特殊區(qū)域等中一種或多種，也可根據(jù)實際需要添加新信息類型，數(shù)據(jù)精度可達(dá)厘米級，標(biāo)注好的數(shù)據(jù)可以用于先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)和無人駕駛車輛。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比，其有益效果如下:
[0026](I)本發(fā)明以地面車輛作為采集平臺，以圖像拍攝模塊作為采集工具，所采集的道路圖像清晰、分辨率高，經(jīng)過處理后的正射影像圖可達(dá)到每像素代表實際2-3cm，能從細(xì)節(jié)表現(xiàn)路面特征，使制作車道級高精細(xì)地圖成為可能，這是使用航拍或衛(wèi)星圖像等拍攝手段無法做到的；
[0027](2)本發(fā)明通過精確單點定位技術(shù)(PPP)以及多傳感器信息融合，可以精確計算GPS數(shù)據(jù)以及車輛航向角數(shù)據(jù)，有效保證后續(xù)生成道路信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；
[0028](3)本發(fā)明使用水平激光雷達(dá)檢測周圍障礙物，用于正射影像圖裁去路面被遮擋部分，并使用相鄰圖片未被遮擋區(qū)域補(bǔ)全，可生成高質(zhì)量地圖底圖；
[0029](4)本發(fā)明標(biāo)注的信息類型涵蓋了車輛在道路上行駛時可能用到的各類信息，通過在高精度的地圖底圖上進(jìn)行標(biāo)注，可以得到車道級的精確道路信息數(shù)據(jù)，對于需要高精細(xì)地圖數(shù)據(jù)的應(yīng)用或技術(shù)有重要實用意義；
[0030](5)本發(fā)明使用圖像拍攝模塊作為采集工具，可使用普通攝像頭或全景相機(jī)，其中全景相機(jī)具有單幀圖像視野范圍廣，不易受，遮擋數(shù)據(jù)量小，整體成本低等優(yōu)勢，普通攝像頭采用多攝像頭聯(lián)合采集；整體上，本發(fā)明制圖時間和數(shù)據(jù)標(biāo)注時間短，效率高。
【附圖說明】
[0031]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0032]圖1是一種基于高清正射影像圖的高精細(xì)地圖生成系統(tǒng)工作流程圖；
[0033]圖2是車載各類傳感器配置示意圖；
[0034]圖3是實際生成的某一校園區(qū)域的地圖底圖示意圖；
[0035]圖4是在圖3中地圖底圖某位置放大后路面細(xì)節(jié)的示意圖；
[0036]圖5是在圖3中地圖底圖上標(biāo)注的道路邊沿信息單獨顯示示意圖；