Sensor fusion in driving assistance systems

Mención Internacional en el título de doctorLa vida diaria en los países desarrollados y en vías de desarrollo depende en gran medida del transporte urbano y en carretera. Esta actividad supone un coste importante para sus usuarios activos y pasivos en términos de polución y accidentes, muy habitualmente debidos al factor humano. Los nuevos desarrollos en seguridad y asistencia a la conducción, llamados Advanced Driving Assistance Systems (ADAS), buscan mejorar la seguridad en el transporte, y a medio plazo, llegar a la conducción autónoma. Los ADAS, al igual que la conducción humana, están basados en sensores que proporcionan información acerca del entorno, y la fiabilidad de los sensores es crucial para las aplicaciones ADAS al igual que las capacidades sensoriales lo son para la conducción humana. Una de las formas de aumentar la fiabilidad de los sensores es el uso de la Fusión Sensorial, desarrollando nuevas estrategias para el modelado del entorno de conducción gracias al uso de diversos sensores, y obteniendo una información mejorada a partid de los datos disponibles. La presente tesis pretende ofrecer una solución novedosa para la detección y clasificación de obstáculos en aplicaciones de automoción, usando fusión vii sensorial con dos sensores ampliamente disponibles en el mercado: la cámara de espectro visible y el escáner láser. Cámaras y láseres son sensores comúnmente usados en la literatura científica, cada vez más accesibles y listos para ser empleados en aplicaciones reales. La solución propuesta permite la detección y clasificación de algunos de los obstáculos comúnmente presentes en la vía, como son ciclistas y peatones. En esta tesis se han explorado novedosos enfoques para la detección y clasificación, desde la clasificación empleando clusters de nubes de puntos obtenidas desde el escáner láser, hasta las técnicas de domain adaptation para la creación de bases de datos de imágenes sintéticas, pasando por la extracción inteligente de clusters y la detección y eliminación del suelo en nubes de puntos.Life in developed and developing countries is highly dependent on road and urban motor transport. This activity involves a high cost for its active and passive users in terms of pollution and accidents, which are largely attributable to the human factor. New developments in safety and driving assistance, called Advanced Driving Assistance Systems (ADAS), are intended to improve security in transportation, and, in the mid-term, lead to autonomous driving. ADAS, like the human driving, are based on sensors, which provide information about the environment, and sensors’ reliability is crucial for ADAS applications in the same way the sensing abilities are crucial for human driving. One of the ways to improve reliability for sensors is the use of Sensor Fusion, developing novel strategies for environment modeling with the help of several sensors and obtaining an enhanced information from the combination of the available data. The present thesis is intended to offer a novel solution for obstacle detection and classification in automotive applications using sensor fusion with two highly available sensors in the market: visible spectrum camera and laser scanner. Cameras and lasers are commonly used sensors in the scientific literature, increasingly affordable and ready to be deployed in real world applications. The solution proposed provides obstacle detection and classification for some obstacles commonly present in the road, such as pedestrians and bicycles. Novel approaches for detection and classification have been explored in this thesis, from point cloud clustering classification for laser scanner, to domain adaptation techniques for synthetic dataset creation, and including intelligent clustering extraction and ground detection and removal from point clouds.Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y AutomáticaPresidente: Cristina Olaverri Monreal.- Secretario: Arturo de la Escalera Hueso.- Vocal: José Eugenio Naranjo Hernánde

Intelligent automatic overtaking system using vision for vehicle detection

There is clear evidence that investment in intelligent transportation system technologies brings major social and economic benefits. Technological advances in the area of automatic systems in particular are becoming vital for the reduction of road deaths. We here describe our approach to automation of one the riskiest autonomous manœuvres involving vehicles – overtaking. The approach is based on a stereo vision system responsible for detecting any preceding vehicle and triggering the autonomous overtaking manœuvre. To this end, a fuzzy-logic based controller was developed to emulate how humans overtake. Its input is information from the vision system and from a positioning-based system consisting of a differential global positioning system (DGPS) and an inertial measurement unit (IMU). Its output is the generation of action on the vehicle’s actuators, i.e., the steering wheel and throttle and brake pedals. The system has been incorporated into a commercial Citroën car and tested on the private driving circuit at the facilities of our research center, CAR, with different preceding vehicles – a motorbike, car, and truck – with encouraging results

Stereo-based Pedestrian Detection and Path Prediction

In den letzten Jahren gab es eine rasante Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen (Englisch: Advanced Driver Assistance Systems oder kurz ADAS). Diese Systeme unterstützen nicht nur den Fahrer, sondern erhöhen durch das automatische Einleiten von Sicherheitreaktionen des Fahrzeuges selber auch die Sicherheit aller anderen Verkehrsteilnehmer. Zukünftige aktive Fußgängerschutzsystem in Intelligentem Fahrzeugen müssen nun noch einen Schritt weiter gehen und lernen, ein genaues Bild ihrer Umgebung und der darin während der Fahrt zu erwartenden Änderungen zu entwickeln. Diese Arbeit widmet sich der Verbesserung bildgestützter Fußgängerschutzsysteme. Es werden darin neue Methoden der Bildhypothesengenerierung (englisch: region of interest (ROI) generation), Fußgängerklassifikation, Pfadvorhersage und Absichstserkennung entwickelt. Die Leistung der Fußgängererkennung in realen, dynamischen Umgebungen mittels einer bewegten Kamera wird durch die Verwendung von dichtem Stereo in den unterschiedlichen Modulen verbessert. In einer Experimentalstudie wurde die Effizienz eines Systems zur monokularen Fußgängererkennung mit einem System verglichen, dass erweitert wurde um dichtes Stereo für die Hypothesengenerierung und der Fußgängerverfolgung (englisch: tracking) zu nutzen. Das neue System erwies sich hierin als deutlich effizienter als das monokulare System. Diese Leistungssteigerung gab Anlass für eine erweiterte Nutzung von dichtem Stereo bei der Fußgängererkennung. Die Hypothesengenerierung wurde durch die dynamische Schätzung der Kameraorientierung und des Straßenprofils weiter verbessert. Insbesondere bei hügeligen Straßen steigerte sich die Erkennungsleistung durch die Optimierung des Suchbereichs. Zusätzlich konnte die Klassifikationsleistung durch die Fusion von unterschiedlichen Merkmalen aus Bild und Tiefeninformation verbessert werden. Aufbauend auf den Erfolgen bei der Fußgängererkennung wird in der Arbeit ein System für den Aktiven Fußgängerschutz vorgestellt, welches die Funktionen Fußgängererkennung, Situationsanalyse und Fahrzeugsteuerung kombiniert. Für die Fußgängerkennung wurden Ergebnisse eines Verfahrens zur bewegungsbasierten Objekterkennung mit Ergebnissen eines Fußgängerklassifikators fusioniert. Das System wurde in einen Versuchsträger eingebaut und half dabei, Unfälle durch einen aktiven Lenkeingriff oder ein Notbremsemanöver zu vermeiden. Der letzte Teil der Arbeit befasst sich mit dem Problem der Pfadvorhersage und dem Erkennen der Fußgängerabsicht in Situationen, in denen sich der Fußgänger nicht mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt. Zwei neue, lernbasierte Ansätze werden vorgestellt und mit aktuellen Verfahren verglichen. Durch die Verwendung von Merkmalen, die aus dichtem optischem Fluss generiert werden, ist es möglich den Pfad und die Absicht einer Fußgängers vorherzusagen. Das erste Verfahren lernt eine niedrigdimensionale Mannigfaltigkeit der Merkmale, die eine Vorhersage von Merkmale, Pfad und Absicht erlaubt. Das zweite Verfahren verwendet einen Suchbaum in dem Trajektorien abgelegt sind die mit Bewegungsmerkmalen erweitert wurden. Ein probabilistischer Suchalgorithmus ermöglicht die Vorhersage des Fußgängerpfads und Absicht. Die Leistungsfähigkeit der Systeme wurde zusätzlich mit der Leistung von menschlichen Probanden verglichen. In dieser Arbeit wurde großer Wert auf die ausführliche Analyse der vorgestellten Verfahren und die Verwendung von realistischen Testdatensätzen gelegt. Die Experimente zeigen das die Leistungsfähigkeit eines Systems zur Fußgängererkennung durch die Verwendung von dichtem Stereo verbessert werden kann. Die Vorgestellten Verfahren zur Pfadvorhersage und Absichtserkennung ermöglichen ein frühzeitiges erkenne der Fußgängerabsicht. Die Zuverlässigkeit zukünftiger System für den Aktiven Fußgängerschutz, die durch Aktiven Lenkeingriff oder Notbremsemanöver Unfälle vermeiden, kann mit den vorgestellten Verfahren verbessert werden. Dadurch können Unfälle vollständig verhindert oder die Schwere einer Kollision reduziert werden

Multi-sensor based object detection in driving scenes

The work done in this internship consists in two main part. The first part is the design of an experimental platform to acquire data for testing and training. To design the experiments, onboard and onroad sensors have been considered. A calibration process has been conducted in order to integrated all the data from different sources. The second part was the use of a stereo system and a laser scanner to extract the free navigable space and to detect obstacles. This has been conducted through the use of an occupancy grid map representation

An improved "flies" method for stereo vision: application to pedestrian detection

In the vast research field of intelligent transportation systems, the problem of detection (and recognition) of environment objects, for example pedestrians and vehicles, is indispensable but challenging. The research work presented in this paper is devoted to stereo-vision based method with pedestrian detection as its application (a sub-part of the French national project “LOVe”: Logiciels d'Observation des Vulnerables). With a prospect of benefiting from an innovative method i.e. the genetic evolutionary “flies” method proposed by former researchers on continuous data updating and asynchronous data reading, we have carried on the “flies” method through the task of pedestrian detection affiliated with the “LOVe” project. Compared with former work of the “flies” method, two main contributions have been incorporated into the architecture of the “flies” method: first, an improved fitness function has been proposed instead of the original one; second, a technique coined “concentrating” has been integrated into the evolution procedure. The improved “flies” method is used to offer range information of possible objects in the detection field. The integrate scheme of pedestrian detection is presented as well. Some experimental results are given for validating the performance improvements brought by the improved “flies” method and for validating the pedestrian detection method based on the improved “flies” method