自动驾驶汽车多传感器数据融合技术

在电子信息技术与通信技术大跨步发展的时代，自动驾驶汽车早已进入到现实。传感器作为自动驾驶汽车的“感觉器官”，对整个自动驾驶系统的各项性能至关重要。鉴于单一传感器获得的信息非常有限，自动驾驶汽车通常配有数量众多且不同类型的传感器，以满足探测和数据采集的需求。多传感器融合又称多传感器数据融合，有时也称作多传感器信息融合。通过增加各个传感器之间的信息互通，增强整个系统的可靠性和稳定性，提高数据采样精度，改善系统的实时性和信息利用率。若对各传感器采集的信息进行单独、孤立的处理，不仅会导致信息处理工作量增加，而且还割断了各传感器信息间的内在联系，丢失了信息经有机组合后蕴含的隐式环境特征，进而导致信息资源浪费，甚至引发决策失误。为解决上述问题，多传感器数据融合技术应运而生。 
本书着重对自动驾驶汽车多传感器数据融合的相关知识进行介绍，以期抛砖引玉，希望能为当前致力于研究多传感器数据融合技术的人员提供一点新的想法和思路。 
本书共有6章，从第1章介绍自动驾驶汽车多传感器数据融合技术的产生背景和发展过程开始，第2章至第5章依次深入浅出地介绍了该技术的基本概念、数据融合经典算法、数据融合功能与结构模型、分布式检测与数据融合等内容，并在第6章着重阐述了自动驾驶汽车多传感器数据融合技术在不同应用场景下的工作原理与解决方案，如行人过街、斑马线、红绿灯、隧道等场景，引用了目前具有广泛应用前景的新技术及其推广范例，如多传感器数据融合的“鬼探头”、紧急让行等场景技术应用案例。本书在进行理论知识介绍的同时，采用了大量图片来进行辅助说明，或将两张图片以平行方式对照，以此将不同融合算法的优缺点进行直观的呈现。本书图文并茂，生动形象，具有较强的可读性。 
本书由韩毅、林子湛、王碧瑶编写，参与编写工作的还有姚静彤、韩晋、田迪，在此向他们表示由衷的感谢。本书受到陕西省秦创原“科学家＋工程师”队伍建设（2022KXJ-021）项目的资助，在此深表谢意。 
限于编著者水平有限，书中难免出现不妥之处，恳请批评指正。 

编著者 

本书从自动驾驶汽车多传感器数据融合技术的产生背景和发展过程开始，深入浅出地介绍了该技术的基本概念、数据融合经典算法、数据融合功能与结构模型、分布式检测与数据融合等内容，并着重阐述了自动驾驶汽车多传感器数据融合技术在不同应用场景下的工作原理与解决方案，如行人过街、斑马线、红绿灯、隧道等场景，引用了目前具有广泛应用前景的新技术及其推广范例，如多传感器数据融合的“鬼探头”、紧急让行等场景技术应用案例。本书可作为高等院校汽车相关专业的教学参考书，亦可为从事自动驾驶方向的科研技术人员提供技术参考。

无

第1章　绪论001 
1.1　自动驾驶汽车数据融合技术背景002 
1.2　多传感器数据融合技术应用现状007 
1.2.1　军事领域008 
1.2.2　智能交通领域009 
1.2.3　智能制造工业生产011 
1.2.4　现代智能医疗012 
1.3　数据融合技术的优势及发展013 
1.3.1　多传感器数据融合技术的优缺点014 
1.3.2　研究方向展望015 

第2章　自动驾驶汽车多传感器数据融合技术概述017 
2.1　车用传感器的类型与数据类型018 
2.2　多传感器数据融合技术的基本原理031 
2.3　自动驾驶中数据融合需要解决的问题035 
2.4　多传感器数据融合的流程与级别042 
2.4.1　特征提取方法042 
2.4.2　特征选择046 
2.4.3　图像特征及提取方法048 
2.4.4　PCA算法051 
2.4.5　特征融合052 

第3章　多传感器数据融合经典算法介绍058 
3.1　不同信息格式融合算法介绍059 
3.1.1　激光雷达点云与摄像头深度图融合060 
3.1.2　GPS＋IMU融合063 
3.1.3　激光雷达与惯性导航系统融合065 
3.1.4　SLAM技术070 
3.2　贝叶斯估计法077 
3.3　卡尔曼滤波法080 
3.4　小波变换法与深度图融合法086 
3.5　遗传算法103 
3.6　人工神经网络114 

第4章　多传感器数据融合功能与结构模型124 
4.1　多传感器数据融合的功能模型125 
4.2　数据融合的检测及结构模型126 
4.3　目标识别融合结构及分类133 
4.4　数据融合的位置结构模型及分类145 

第5章　分布式检测与数据融合153 
5.1　数据融合的主要结构与判决154 
5.2　并行结构与串行结构的分布检测159 
5.3　数据融合的层次扩展162 
5.3.1　第一层融合163 
5.3.2　第二层融合167 
5.3.3　第三层融合167 
5.4　数据融合系统的构成（耦合）170 

第6章　多传感器数据融合技术在自动驾驶实际场景中的应用177 
6.1　行人及非机动车辆斑马线通过场景178 
6.2　交通指示信号灯处理场景184 
6.2.1　基于视觉图像识别184 
6.2.2　基于V2X识别187 
6.3　地下通道及林荫路段通过场景190 
6.4　紧急情况车辆让行场景196 
6.5　自动泊车场景199 

参考文献205

本书从自动驾驶汽车多传感器数据融合技术的产生背景和发展过程开始，深入浅出地介绍了该技术的基本概念、数据融合经典算法、数据融合功能与结构模型、分布式检测与数据融合等内容，并着重阐述了自动驾驶汽车多传感器数据融合技术在不同应用场景下的工作原理与解决方案，如行人过街、斑马线、红绿灯、隧道等场景，引用了目前具有广泛应用前景的新技术及其推广范例，如多传感器数据融合的“鬼探头”、紧急让行等场景技术应用案例。本书可作为高等院校汽车相关专业的教学参考书，亦可为从事自动驾驶方向的科研技术人员提供技术参考。

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