激光雷達(dá)感知與定位 從理論到實現(xiàn)

第1章 激光雷達(dá)與自動駕駛概述 1
1.1 激光雷達(dá)與自動駕駛的概念 1
1.1.1 什么是激光雷達(dá) 1
1.1.2 什么是自動駕駛系統(tǒng) 3
1.2 激光雷達(dá)與自動駕駛的發(fā)展 4
1.2.1 早期的激光雷達(dá) 4
1.2.2 激光雷達(dá)與DARPA自動駕駛挑戰(zhàn)賽 6
1.3 激光雷達(dá)在自動駕駛系統(tǒng)和高精度地圖生產(chǎn)過程中的應(yīng)用 7
1.3.1 自動駕駛系統(tǒng)的基本架構(gòu) 7
1.3.2 激光雷達(dá)在自動駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用 12
1.3.3 激光雷達(dá)在高精度地圖生產(chǎn)過程中的應(yīng)用 13
1.4 激光雷達(dá)開發(fā)環(huán)境配置 14
參考文獻(xiàn) 15

第2章 激光雷達(dá)的基礎(chǔ)知識 16
2.1 激光雷達(dá)的基本工作原理 16
2.1.1 激光雷達(dá)的基本結(jié)構(gòu) 16
2.1.2 激光雷達(dá)的數(shù)據(jù) 18
2.1.3 激光雷達(dá)的回波模式 21
2.1.4 激光雷達(dá)與人眼安全 22
2.2 車載激光雷達(dá)的分類 23
2.2.1 根據(jù)掃描方式分類 24
2.2.2 根據(jù)激光波長分類 26
2.3 激光雷達(dá)的關(guān)鍵性能指標(biāo)和性能評估方法 27
2.3.1 激光雷達(dá)的關(guān)鍵性能指標(biāo) 28
2.3.2 激光雷達(dá)的性能評估方法 30
參考文獻(xiàn) 34

第3章 PCL和ROS編程基礎(chǔ) 35
3.1 PCL編程基礎(chǔ) 35
3.1.1 PCL的基本概念和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 35
3.1.2 PCD文件 36
3.1.3 構(gòu)建第一個PCL程序 37
3.2 ROS編程基礎(chǔ) 46
3.2.1 ROS簡介 46
3.2.2 ROS中的基本概念 47
3.2.3 ROS命令行的常用指令 51
3.2.4 ROS項目的文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 52
3.2.5 Catkin構(gòu)建工具 53
3.3 第一個PCL和ROS節(jié)點： 基于體素網(wǎng)格濾波的降采樣 55
3.3.1 點云濾波 55
3.3.2 ROS C 編程實踐 56
3.3.3 構(gòu)建并運行項目 65
參考文獻(xiàn) 69

第4章 點云平面分割、聚類和配準(zhǔn) 70
4.1 點云平面分割：RANSAC算法原理和Ｃ 實踐 70
4.1.1 點云分割概述 70
4.1.2 RANSAC算法介紹 71
4.1.3 基于RANSAC平面擬合的地面點濾除ROS實戰(zhàn) 76
4.2 歐幾里得點云聚類算法和C 實踐 84
4.2.1 k-d樹：一種用于最近鄰搜索的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 84
4.2.2 歐幾里得聚類方法 89
4.2.3 點云歐幾里得聚類PCL與ROS實踐 92
4.3 基于正態(tài)分布變換的點云配準(zhǔn) 97
4.3.1 點云配準(zhǔn) 97
4.3.2 NDT算法 100
4.3.3 使用NDT算法配準(zhǔn)兩個點云 103
參考文獻(xiàn) 108

第5章 激光雷達(dá)標(biāo)定原理與實踐 109
5.1 坐標(biāo)系變換基礎(chǔ)與編程實踐 109
5.1.1 建圖、定位和感知中的坐標(biāo)系 109
5.1.2 三維剛體變換的表征形式 110
5.1.3 齊次變換矩陣 113
5.1.4 Eigen編程基礎(chǔ) 115
5.1.5 ROS TF2編程基礎(chǔ) 116
5.1.6 坐標(biāo)系變換編程實踐 120
5.2 多激光雷達(dá)自動標(biāo)定方法與ROS實踐 126
5.2.1 多激光雷達(dá)標(biāo)定和點云配準(zhǔn) 127
5.2.2 用于多激光雷達(dá)自動標(biāo)定的樣例數(shù)據(jù)包 128
5.2.3 多激光雷達(dá)標(biāo)定代碼實例 129
5.2.4 使用測試數(shù)據(jù)實踐6顆激光雷達(dá)的標(biāo)定 135
5.3 激光雷達(dá)-相機聯(lián)合標(biāo)定ROS實踐 138
5.3.1 相機參數(shù)標(biāo)定 138
5.3.2 相機-激光雷達(dá)聯(lián)合標(biāo)定算法介紹 142
5.3.3 相機-激光雷達(dá)聯(lián)合標(biāo)定工具構(gòu)建和使用 151
參考文獻(xiàn) 154

第6章 激光雷達(dá)SLAM 155
6.1 激光雷達(dá)SLAM簡介 155
6.1.1 SLAM簡介 155
6.1.2 自動駕駛中的激光雷達(dá)SLAM 156
6.2 LeGO-LOAM算法詳解和ROS實踐 158
6.2.1 LeGO-LOAM算法簡介 158
6.2.2 LeGO-LOAM算法流程 159
6.2.3 使用LeGO-LOAM算法構(gòu)建點云地圖 165
6.3 基于Scan Context的激光雷達(dá)閉環(huán)檢測方法實踐 168
6.3.1 Scan Context閉環(huán)檢測方法介紹 169
6.3.2 Scan Context閉環(huán)檢測C 實例 173
6.4 基于NDT算法的自動駕駛定位和ROS實踐 180
6.4.1 地圖數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 180
6.4.2 對激光雷達(dá)實時點云的降采樣 181
6.4.3 使用NDT實現(xiàn)高精度定位 183
6.4.4 構(gòu)建和運行NDT激光雷達(dá)定位 189
參考文獻(xiàn) 191

第7章 基于深度學(xué)習(xí)的激光雷達(dá)三維目標(biāo)檢測 192
7.1 點云三維目標(biāo)檢測概述 192
7.1.1 三維目標(biāo)檢測的背景和定義 192
7.1.2 點云三維目標(biāo)檢測的常用數(shù)據(jù)集和性能指標(biāo) 195
7.1.3 點云三維目標(biāo)檢測方法的分類 197
7.2 基于VoxelNet的點云三維目標(biāo)檢測 199
7.2.1 VoxelNet的結(jié)構(gòu) 199
7.2.2 VoxelNet的損失函數(shù) 203
7.3 基于PointPillars的三維目標(biāo)檢測和實戰(zhàn) 204
7.3.1 PointPillars的特點 204
7.3.2 PointPillars結(jié)構(gòu) 205
7.3.3 訓(xùn)練一個PointPillars 208
參考文獻(xiàn) 212

第8章 基于深度學(xué)習(xí)的激光雷達(dá)點云語義分割方法 214
8.1 自動駕駛中的點云語義分割 214
8.1.1 點云分割：傳統(tǒng)方法vs基于深度學(xué)習(xí)的方法 215
8.1.2 基于深度學(xué)習(xí)的點云語義分割方法的分類 215
8.1.3 點云語義分割的常用公開數(shù)據(jù)集 217
8.1.4 點云語義分割的性能評價指標(biāo) 219
8.2 基于全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的點云三維語義分割 220
8.2.1 全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)介紹 220
8.2.2 基于全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的激光雷達(dá)三維分割 222
8.2.3 使用ROS和TensorRT實踐CNN Seg推理 223
8.3 PolarNet點云語義分割和PyTorch實戰(zhàn) 226
8.3.1 PolarNet神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡介 226
8.3.2 在SemanticKITTI數(shù)據(jù)集上訓(xùn)練一個PolarNet 228
參考文獻(xiàn) 233

第9章 激光雷達(dá)的發(fā)展趨勢及其在汽車工業(yè)中的應(yīng)用前景 235
9.1 激光雷達(dá)帶來的輔助駕駛能力變革 235
9.1.1 激光雷達(dá)在城市和高速領(lǐng)航輔助駕駛中的應(yīng)用 237
9.1.2 激光雷達(dá)在記憶泊車中的應(yīng)用 239
9.2 激光雷達(dá)在4級自動駕駛中的應(yīng)用 240
9.2.1 激光雷達(dá)在自動駕駛出租車上的應(yīng)用 240
9.2.2 激光雷達(dá)在自動駕駛卡車上的應(yīng)用 242
9.3 激光雷達(dá)在低速機器人中的應(yīng)用 243
9.4 激光雷達(dá)未來可能的發(fā)展方向 244