自动驾驶（八十一）---------Apollo之感知模块

预则立不预则废，本命年要注意，真男人不回头。

apollo的感知分为以下几个方面：lidar、ladar、camera、fusion。

1. Camera感知

Apollo视觉检测，地址在：Apollo/modules/perception/camera/lib/obstacle ; 主要是用了YOLOv3的检测方法，一方面我们需要对多个类别进行识别：车辆、卡车、骑车人和行人等；另一方面一个网络识别一个类别精度更高，但是也需要考虑性能问题。所以在Apollo中采用折中方案：训练了两个不同的网络：一个是针对目标进行识别的网络：车辆、卡车、骑车人和行人等；一个是针对车道线、道路边沿、栏杆等。

在Apollo中物体分为静态物体和动态物体,所以针对不同的对象会有不同的属性，例如对于运动物体，需要2D-to-3D的模块，这里就不展开了；另外物体追踪也是提高精度的方法，追踪采用Kalman滤波。跟踪必须是轻量化，必须速度要快，计算两帧之间检测到的目标的相似性的方法定义在 Apollo/modules/perception/camera/lib/obstacle/tracker/common/similar.h 文件中，主要是根据bbox的IOU(交并比)计算。

apollo摄像头的感知部分主要资料都在apollo自己的文档中，我也没有详细的梳理代码，大家可以多参考apollo自的文档：https://github.com/ApolloAuto/apollo/blob/r5.0.0/docs/specs/perception_apollo_3.0_cn.md

2. Lidar感知

Lidar的感知步骤很清晰：分割、分类、跟踪

1. ROI分割，结合HDmap和自身定位,选取ROI 区域，一般的就是选道路里面的区域，如图：,处理在ROI之外的激光雷达点，去除背景对象，如路边建筑物和树木等，剩余的点云留待后续处理。

2. 目标分类，继续细分如下步骤：

(1). 在2d俯视图上划分网格，边长一般取0.25米。

(2). 在划分好的每个网格中，统计以下变量作为网格的属性：单元格中点的最大高度、单元格中最高点的强度、单元格中点的平均高度、单元格中点的平均强度、单元格中的点数、单元格中心相对于原点的角度、单元格中心与原点之间的距离、二进制值标示单元格是空还是被占用（单元格内是否有点）。

(3). 把上一步得到的多维矩阵作为输入，通过卷积神经网络预测可以得到关于单元格的12个特征：1. 是否是物体的预测值；2. 向中心偏移预测；3. 为前景物体概率；4.多个类别的预测：行人，汽车，自行车等；5. 物体高度预测；

(4). 上一步得到每个网格的多维属性，但是需要聚类为几个独立的障碍物，这里主要是用到向中心偏移，通过方向聚合障碍物，如图a最终得到b：俯视图：

(5). 后期处理，Apollo首先对所涉及的单元格的积极性和物体高度值，平均计算每个候选群体的检测置信度分数和物体高度。然后，Apollo去除相对于预测物体高度太高的点，并收集每个候选集中的有效单元格的点。最后，Apollo删除具有非常低的可信度分数或小点数的候选聚类，以输出最终的障碍物集。

3. 目标跟踪，分为两部分：目标匹配和运动跟踪；

(1). 目标匹配又很多方法，例如匈牙利匹配和交并比（IOU），apollo特别的在外形的匹配基础上加入多个维度计算相似性：

，在以上维度的基础上采用匈牙利匹配进行匹配。

(2). 运动跟踪主要是使用卡尔曼滤波来track ，再剔除异常数据，特别的对物体的速度描述如下：锚点移位速度、边界框中心偏移速度和边界框角点位移速度，选出与之前观测速度偏差最小的速度为最终的观测值。根据最近3次的速度观测值，计算出加速度，之后利用卡尔曼滤波来不断收敛物体的位置。

3. Ladar

在Apollo中Radar感知的流程与Lidar感知相比简化了一些，主要分为：预处理工作、高精地图ROI过滤器、物体检测、物体跟踪

1. 第一步预处理工作主要是矫正雷达数据的时间戳、获取雷达到世界坐标系的变换矩阵。

2. 这部分其实与激光雷达Lidar感知的高精地图ROI过滤器比较类似，在激光雷达中查询的范围是60m，而在雷达感知中查询的范围为120m，计算当前时刻车辆的速度，之所以要计算，是因为要差值出雷达感知的时刻对应的车辆速度，这也要求在记录不同传感器的数据时，必须同步记录好对应的时间。

3. 雷达Radar感知相对于激光雷达Lidar感知更加简单，是因为Apollo使用Radar就可以分辨出自行车、行人等类别。而激光雷达Lidar需要手动去CNN分割识别障碍物，MiniBox构建标定框等；同时Radar也可以自行完成跟踪，不需要使用匈牙利算法对Object进行匹配等。

4. 最后Radar的检测结果将会以自定义的共享数据类型发布，发布的结果其实与Lidar感知相似。障碍物的尺寸、方向、速度等信息。

4. Fusion

传感器的数据融合有两部分内容比较重要，即数据关联和动态预估。

1. 数据关联用的是基于几何距离的HM匈牙利算法。

2. 动态预估用的是：使用了非简化的估计误差协方差矩阵更新公式： 1. 标准卡尔曼滤波： 2. 修改后的Apollo公式为：

5. 总结