Τεχνικές Ομαδοποίησης για Επεξεργασία Δεδομένων Σαρωτή Λέιζερ

Abstract

Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η υλοποίηση ενός συστήματος επεξεργασίας των δεδομένων ενός μονοστρωματικού σαρωτή λέιζερ (one layer LaserScanner) και η δημιουργία αξιόπιστης αναπαράστασης του περιβάλλοντα χώρου του αυτοκινήτου. Αυτό αποσκοπεί στο να γνωστοποιούνται στον οδηγό, οπτικά και ηχητικά, όλες οι προειδοποιητικές παρατηρήσεις του συστήματος επεξεργασίας αλλά και στο να επιτελούνται οι απαραίτητες διορθωτικές επεμβάσεις από το ανεπτυγμένο σύστημα ελέγχου. Παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο με τις τεχνικές ομαδοποίησης μετρήσεων από σαρωτή λέιζερ, με τα υποσυστήματα Φίλτρου Εκτίμησης, (με έμφαση στα φίλτρα τύπου Kalman), καθώς επίσης και με εκείνα της Σύνδεσης Δεδομένων (Data Association) και της Διαχείρισης Ιχνών (Track Management). Τα τελευταία επαρκούν για τη δημιουργία ενός συστήματος Ιχνηλασίας (Tracking). Ο κύριος στόχος αυτής της εργασίας είναι η δημιουργία αλγορίθμων που να υλοποιούν προγραμματιστικά τον στόχο που αναφέρθηκε στην αρχή της παρούσας περίληψης. Αναπτύχθηκαν μια σειρά υποπρογραμμάτων σε Matlab (για λόγους άμεσης προβολής των αποτελεσμάτων σε γραφικό περιβάλλον) που αντιστοιχούν σε τρείς κυρίως εφαρμογές, οι οποίες είναι: (α) Ομαδοποίηση μετρήσεων με αλγόριθμους τύπου PDBS και εφαρμογή συνθέσεων βάσει μιας σειράς κριτηρίων, (β) Η Εκτίμηση των Οδικών Ορίων με το μοντέλο των clothoid, κάνοντας χρήση φίλτρου τύπου Kalman, αλλά και η σταθεροποίηση των παραμέτρων των clothoid και (γ) Η δημιουργία ενός συγκεκριμένου συστήματος Ιχνηλασίας κινούμενων Οχημάτων (Tracking). Οι παραπάνω εφαρμογές ελέγχθηκαν ως προς την ορθή λειτουργία τους με εφαρμογή σε πραγματικά σενάρια κίνησης, με πραγματικά δεδομένα από το σαρωτή λέιζερ. Στα επόμενα κεφάλαια αναλύονται οι εφαρμογές αυτές καθώς και τα αποτελέσματά τους.

The purpose of this project is the development of a data processing system, fed with data from an onelayer LaserScanner and a reliable and robust reconstruction of vehicle's environment perception. Its utility lies in notifying the driver, visually and by using sound notifications, of all the processing system’s observations, and also accomplishing all the correctional movements provided by the highly developed control system. The theoretical background is presented by the clustering techniques for laser scanner measurements, the Filter Estimation subsystems, (emphasizing the Kalman filters), as well as the Data Association and the Track Management systems. The latter suffice to create a complete Tracking system. The main target of this work is the development of the algorithms which shall accomplish the objective reported in the beginning of the present summary. Developed a series of subprograms in Matlab (Matlab offers usable direct and accurate depiction of the results in graphic environment). These subprograms deal with three main applications, which are: (a) the measurement clustering using Point-Distance-based algorithms (PDBS) and segment fusion based on certain criteria, (b) the Border Estimation with the clothoid model, by using Kalman filters, and the stabilization of the clothoid parameters and (c) The creation of a specific Vehicle Tracking system. All the above referred applications have been checked in real road scenarios constructed with real Laserscanner’s data. In order to certify their accuracy, the applications and its results are minutely analyzed, in the following chapters.