CV技術積累

2021-09-11 15:37:16 字數 3822 閱讀 9416

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傳統無人駕駛感知技術(超聲波雷達,公釐波雷達,雷射雷達lidar--昂貴) 

計算機視覺技術在無人駕駛中的應用:

物體識別與跟蹤:optical flow (估計乙個二維偏移向量----基於單個攝像機在連續時刻的)與 立體視覺技術(基於多個攝像機同一時刻的)

自身定位:基於拓步與地標的演算法(需要預先建立精準的拓補圖)、基於幾何的視覺里程計算法

cv限制:對光線敏感

根據影象檢測原理:單目攝像頭與雙目攝像頭

原理:單目需要先識別,再估算距離;雙目根據視差,無需識別直接測距,對目標物體距離感知是一種絕對的測量,而非估算。

特點:

單目,優勢在於成本較低,對計算資源的要求不高,系統結構相對簡單。其缺點在於必須不斷更新和維護乙個龐大的樣本資料庫,才能保證系統達到較高的識別率;無法對非標準障礙物進行判斷;距離並非真正意義上的測量,準確度較低。

雙目,成本比單目系統要高,但尚處於可接受範圍內,並且與雷射雷達等方案相比成本較低;二是沒有識別率的限制,因為從原理上無需先進行識別再進行測算,而是對所有障礙物直接進行測量;三是精度比單目高,直接利用視差計算距離;四是無需維護樣本資料庫,因為對於雙目沒有樣本的概念。

雙目系統的乙個難點在於計算量非常大,對計算單元的效能要求非常高,這使得雙目系統的產品化、小型化的難度較大

根據晶元特性:ccd與cmos攝像頭都是利用感光二極體(photodiode)進行光與電的轉換,將影像轉換為數字資訊,而其主要差異則在數碼訊號傳送方式的不同。

工作原理:ccd感測器每一行中每乙個畫素(pixel)的電荷訊號都會依序傳送到下乙個畫素中,由最底端的部分輸出,再經由感測器邊緣的放大器進行放大輸出;而在cmos感測器中,每個畫素都會連線乙個放大器及模/數轉換電路,用類似記憶體電路的方式將訊號輸出。

特點:

ccd感測器在靈敏度、解析度、以及雜訊控制等方面均優於cmos感測器,而cmos感測器則具有低成本、低耗電以及高整合度的特性。不過,隨著 ccd與cmos感測器技術的進步,兩者的差異似乎有逐漸縮小的態勢,例如ccd感測器持續在耗電量上作改進,以期應用於移動通訊市場;cmos感測器則持續改善解析度與靈敏度的不足,以期應用於更高階的影像產品市場。

*靈敏度差異

由於cmos感測器每個畫素由四個電晶體與乙個感光二極體所構成(含放大器與a/d轉換電路),使得每個畫素的感光區域遠小於畫素本身的表面積,因此在畫素尺寸(pixel size)相同的情況下,cmos感測器的靈敏度會低於ccd感測器。

*成本差異

由於cmos感測器採用一般半導體電路最常用的cmos製程,可以輕易地將周邊電路(如agc、cds、timing generator或dsp等)整合到感測器晶元中,因此可以節省外圍晶元所需負擔的成本;而ccd由於採用電荷傳遞的方式傳輸資訊,只要其中有乙個畫素不能工作,就會導致一整排的資訊不能傳送,因此控制ccd感測器的良品率比cmos感測器更加困難,因此通常ccd感測器的成本會高於cmos感測器。

*解析度差異

如上所述,cmos感測器的每個畫素都比ccd感測器更加複雜,其pixel size很難達到ccd感測器的水準,因此,當我們比較相同尺寸的ccd與cmos感測器時,ccd感測器的解析度通常會優於cmos感測器的水準。

*雜訊差異

由於cmos感測器每個感光二極體都需搭配乙個放大器,而放大器屬於模擬電路,很難讓每個放大器所得到的結果維持一致性,因此與只有乙個放大器放在晶元邊緣的ccd感測器比較之下,cmos感測器的雜訊就會增加很多,影響影象品質。

*耗電量差異

cmos感測器的影像捕獲方式為主動式,感光二極體所產生的電荷會直接由旁邊的電晶體放大輸出,但ccd感測器則為被動式捕獲,需外加電壓讓每個畫素中的電荷移動,而這外加電壓通常需要12~18v的水準;因此,ccd感測器除了在電源管理線路設計上的難度更高之外(需外加power ic),高驅動電壓更使其耗電量遠高於cmos感測器

攝像頭在自動駕駛中的應用

逆光或光影複雜的地方難以使用;攝像頭的物體識別功能無可比擬,但由於依賴樣本識別物體,以及識別行人具有不穩定性,攝像頭應用於測距領域無法保障 100% 的穩定性,在自動駕駛領域脫離雷射雷達使用只能應用於 adas 而不能應用於完全的無人駕駛。

工作原理:

發射 1~10 公釐的電磁波,根據反射波的時間差及強度等來測量距離,汽車公釐波雷達的頻段主要在 24 ghz 和 77 ghz。

特點:優點在於價效比較高,探測距離遠,精度較高,穿透霧、灰塵的能力強,能夠全天候全天時工作,在很多高檔轎車裡都有應用;缺點是行人的反射波容易被其他物體反射波埋沒,難以分辨,無法識別行人。

工作原理:通過發射和接收雷射束,分析雷射遇到目標物件後的折返時間,計算出到目標物件的相對距離,並利用此過程中收集到的目標物件表面大量密集的點的三維座標、反射率和紋理等資訊,快速得到出被測目標的三維模型以及線、面、體等各種相關資料,建立三維點雲(point cloud)圖,繪製出環境地圖,以達到環境感知的目的。由於光速非常快,飛行時間可能非常短,因此要求測量裝置具備非常高的精度。從效果上來講,雷射雷達維度(線束)越多,測量精度越高,安全性就越高。

在自動駕駛領域應用的雷射雷達的測距範圍普遍在100~200 m 左右。

特點:

一方面,它顛覆傳統了二維投影成像模式,可採集目標表面深度資訊,得到目標相對完整的空間資訊,經資料處理重構目標三維表面,獲得更能反映目標幾何外形的三維圖形,同時還能獲取目標表面反射特性、運動速度等豐富的特徵資訊,為目標探測、識別、跟蹤等資料處理提供充分的資訊支援、降低演算法難度;另一方面,主動雷射技術的應用,使得其具有測量解析度高,抗干擾能力強、抗隱身能力強、穿透能力強和全天候工作的特點。

相對於攝像頭而言,雷射雷達由於為主動發射光束,故比較不容易受周圍環境如弱光、雨雪煙塵的影響,而且攝像頭在進行影象識別處理時需要消耗大量的處理器能力,而雷射雷達產生的三維地圖資訊更容易被計算機解析。相比公釐波雷達,雷射雷達的解析度更高,並且公釐波雷達也不適用於行人檢測和目標識別等工作。

成本較高(混合或固態的低線束雷射雷達,來降低成本);大雨和大雪等惡劣條件下的除錯困難,對於高精度地圖的依賴。

原理:

發射振動頻率高於聲波的機械波,根據反射波測量距離。

特點:其優點在於探測物體範圍極廣,能夠探測絕大部分物體,且有較高穩定性;缺點是一般只能探測 10 公尺以內的距離,無法進行遠距離探測。因此,超聲波雷達廣泛應用於倒車雷達,在自動駕駛領域常常作為短距離雷達,應用如自動泊車輔助系統。

分類:

慣性導航系統、衛星導航系統(gnss)、高精度地圖、實時動態(rtk)差分系統

特點:可以獲得自身相對於全域性的位置資訊。其優點在於技術較為成熟,能夠實現在全域性視角的定位功能;缺點在於無法獲得周圍障礙物的位置資訊。往往需要與前幾個探障類感測器搭配使用。

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