DenserRadar: Pengesan awan titik radar gelombang milimeter 4D berdasarkan awan titik LiDAR padat

Tajuk asal: DenserRadar: Pengesan awan titik radar gelombang milimeter 4D berdasarkan awan titik LiDAR padat

Pautan kertas: https://arxiv.org/pdf/2405.05131

Gabungan pengarang: Tsinghua

Universiti

Idea tesis:

Radar gelombang milimeter 4D (mmWave), dengan keteguhannya dalam persekitaran yang melampau, julat pengesanan yang luas, dan keupayaan untuk mengukur kelajuan dan ketinggian, telah terbukti berguna dalam sistem pemanduan autonomi yang menghadapi situasi tepi (sudut- kes) mempunyai potensi besar untuk meningkatkan persepsi. Walau bagaimanapun, kezaliman dan bunyi yang wujud pada awan titik radar gelombang milimeter 4D mengehadkan pembangunan selanjutnya dan aplikasi praktikalnya. Makalah ini memperkenalkan pengesan awan titik radar gelombang milimeter 4D novel yang mengeksploitasi awan titik radar padat resolusi tinggi. Kaedah kami membina kebenaran darat ruang yang diduduki 3D padat daripada awan titik LiDAR yang dijahit dan menggunakan rangkaian yang direka khas bernama DenserRadar. Kaedah yang dicadangkan mengatasi pengesan awan titik radar gelombang milimeter berasaskan kebarangkalian dan berasaskan pembelajaran dari segi ketumpatan dan ketepatan awan titik, mencapai keputusan yang lebih baik pada set data K-Radar.

Sumbangan Utama:

Kerja ini ialah pengesan awan titik radar gelombang milimeter 4D pertama yang diawasi oleh kebenaran darat ruang data yang diduduki 3D yang padat, yang dihasilkan dengan mencantum awan titik LiDAR berbilang bingkai, dengan itu meningkatkan Dipadatkan milimeter yang dikesan awan titik radar gelombang.

Makalah ini mencadangkan proses penjanaan kebenaran tanah ruang angkasa lepas salji padat 3D yang inovatif, serta menjahit awan titik LiDAR padat bagi set data K-Radar ini menyediakan kebenaran tanah pemandangan yang komprehensif dan akan tersedia apabila digunakan untuk kajian lanjut.

Disebabkan reka bentuk khusus rangkaian DenserRadar, algoritma dalam artikel ini adalah lebih baik daripada jenis CFAR sedia ada dan kaedah pengesanan titik awan radar gelombang berasaskan pembelajaran milimeter dari segi ketumpatan dan ketepatan awan titik.

Reka Bentuk Web:

Teknologi pemanduan autonomi bertujuan untuk menyediakan pengalaman pengangkutan yang selamat, mudah dan selesa, dan kelajuan pembangunannya mengagumkan. Untuk mencapai pemanduan autonomi peringkat tinggi, keupayaan untuk melihat dan meletakkan persekitaran yang kompleks amat diperlukan. Oleh itu, penderia yang dilengkapi pada kenderaan autonomi, termasuk kamera, lidar (LiDAR) dan radar gelombang milimeter, serta algoritma berkaitannya, semakin menarik minat penyelidikan.

Memandangkan kelebihannya seperti saiz padat, keberkesanan kos yang tinggi, kebolehsuaian semua cuaca, keupayaan pengukuran kelajuan dan julat pengesanan yang luas [1], radar gelombang milimeter (mmWave) telah digunakan secara meluas dalam bidang pemanduan autonomi. Kemajuan terkini dalam teknologi antena berbilang input berbilang output (MIMO) telah meningkatkan lagi resolusi ketinggian, membolehkan kemunculan radar gelombang milimeter 4D. Oleh itu, radar gelombang milimeter 4D semakin dianggap sebagai peningkatan utama persepsi dan keupayaan kedudukan dalam pemanduan autonomi, terutamanya dalam adegan pinggir yang mencabar seperti hujan, salji dan kabus. Seperti namanya, radar gelombang milimeter 4D boleh mengukur empat dimensi maklumat sasaran: jarak, azimut, ketinggian dan halaju Doppler, menyediakan penyelesaian penderiaan yang komprehensif.

Walau bagaimanapun, kualiti awan titik radar gelombang milimeter 4D jauh ketinggalan berbanding awan titik lidar. Pertama sekali, awan titik radar gelombang milimeter 4D mempunyai masalah resolusi rendah, terutamanya dalam pengukuran sudut. Had ini disebabkan terutamanya oleh konfigurasi antena dan anggaran arah ketibaan (DOA) radar mmWave [2]. Kedua, awan titik radar gelombang milimeter 4D jauh lebih jarang daripada awan titik lidar. Ketiga, disebabkan oleh kesan berbilang laluan, gangguan isyarat dan pantulan tanah, awan titik radar gelombang milimeter 4D selalunya mengandungi sejumlah besar titik kekacauan. Kesemua kelemahan ini menghalang penggunaan radar gelombang milimeter 4D dalam pemanduan autonomi.

Kualiti awan titik radar gelombang milimeter 4D bukan sahaja dihadkan oleh perkakasan, tetapi juga oleh algoritma pemprosesan isyarat [3]. Khususnya, mengesan sasaran sebenar daripada radargram mentah atau tensor untuk menjana awan titik boleh memberi kesan kepada kualiti. Secara tradisinya, pengesan False Alarm Rate (CFAR) dan variannya [4], [5] digunakan secara meluas dalam pengesanan awan titik radar gelombang milimeter. Walau bagaimanapun, sebagai algoritma berasaskan kebarangkalian, pengesan jenis CFAR mungkin menghadapi masalah apabila mengesan objek dengan saiz yang berbeza kerana objek ini tidak diedarkan secara bebas dan sama [6], yang sering berlaku dalam senario pemanduan autonomi.

Untuk menangani isu kualiti awan titik yang dikaitkan dengan radar gelombang milimeter 4D, kertas kerja ini mencadangkan pengesan awan titik radar gelombang milimeter 4D berasaskan pembelajaran yang diselia oleh maklumat kebenaran tanah padat yang dijana daripada awan titik lidar. Pada mulanya, kertas kerja ini mencantum berbilang bingkai awan titik LiDAR pra-diproses untuk menjana kebenaran tanah penghunian 3D yang padat. Artikel ini kemudiannya memperkenalkan rangkaian DenserRadar, yang mengekstrak ciri tensor radar gelombang milimeter 4D asal dan menjana awan titik radar gelombang milimeter 4D yang lebih padat dan lebih tepat. Rangkaian ini menggunakan fungsi kehilangan hibrid berwajaran bersama-sama elemen reka bentuk novel lain untuk menangkap ciri berbilang resolusi dan menjana awan titik dengan resolusi yang lebih baik daripada teknik tradisional. Eksperimen perbandingan yang dijalankan pada set data K-Radar [7] membuktikan keberkesanan kaedah ini.

Algoritma artikel ini ditunjukkan dalam Rajah 1. Mula-mula, kertas kerja ini mereka bentuk proses penjanaan kebenaran tanah untuk mendapatkan kebenaran darat ruang yang diduduki 3D padat sebagai maklumat penyeliaan dengan menggabungkan data awan titik lidar berbilang bingkai, dan kemudian mewujudkan rangkaian DenserRadar, yang ditugaskan untuk menjana data daripada gelombang milimeter 4D asal Pengesanan awan titik radar gelombang milimeter dalam data tensor radar.

Rajah 1. Gambaran keseluruhan algoritma.

Rajah 2. Carta alir penjanaan nilai kebenaran.

Hasil eksperimen:

Rajah 4. Perbandingan awan titik kualitatif antara algoritma DenserRadar dan algoritma CA-CFAR dalam artikel ini, dengan gambar dan awan titik sebenar ruang yang diduduki 3D padat sebagai rujukan. Setiap anak panah dalam rajah mewakili panjang 10 meter.

Ringkasan:

Makalah ini memperkenalkan DenserRadar, rangkaian pengesan awan titik radar gelombang milimeter 4D yang baru, dan proses inovatif untuk menjana kebenaran tanah yang padat. Keputusan eksperimen dan kajian ablasi menunjukkan keberkesanan seni bina rangkaian kami dan metodologi penjanaan kebenaran tanah. Penyelidikan ini berpotensi untuk meningkatkan persepsi dan keupayaan penyetempatan sistem pemanduan autonomi, terutamanya dalam senario kes kelebihan yang mencabar.