Simulink开发项1000例实战专栏--实例48：基于Simulink的多传感器融合实现自动驾驶汽车的行人检测与避障

 % 定义传感器参数

    
 camera_fov = 90; % 摄像头视场角（度）
    
 lidar_range = 100; % 激光雷达最大探测距离（米）
    
 radar_range = 200; % 雷达最大探测距离（米）
    
 ultrasonic_range = 2; % 超声波传感器最大探测距离（米）
    
  
    
 % 定义工作环境
    
 environment = 'urban'; % 城市道路环境
    
 weather_conditions = 'clear'; % 天气条件（晴天）

 % 创建摄像头传感器模型

    
 camera = vision.RoadRunner.Sensor.Camera(...
    
     'FieldOfView', camera_fov, ...
    
     'MountingLocation', [0, 0, 1.5], ... % 摄像头安装位置（x, y, z）
    
     'MountingAngles', [0, 0, 0], ... % 摄像头安装角度（俯仰角, 横滚角, 方位角）
    
     'IntrinsicMatrix', cameraIntrinsics([640, 480], 700, 320, 240), ... % 内参矩阵
    
     'DetectionProbability', 0.9); % 物体检测概率

 % 创建激光雷达传感器模型

    
 lidar = fusion.LidarPointCloudGenerator(...
    
     'MaxRange', lidar_range, ...
    
     'MinElevation', -15, ... % 最小俯仰角（度）
    
     'MaxElevation', 15, ... % 最大俯仰角（度）
    
     'AzimuthResolution', 0.2, ... % 方位角分辨率（度）
    
     'ElevationResolution', 0.4, ... % 俯仰角分辨率（度）
    
     'PositionAccuracy', 0.1, ... % 位置精度（米）
    
     'NoiseDensity', 0.01); % 噪声密度

 % 创建前向雷达传感器模型

    
 front_radar = fusion.RadarDataGenerator(...
    
     'MaxRange', radar_range, ...
    
     'FieldOfView', [45, 10], ... % 视场角（方位角, 俯仰角）
    
     'AzimuthResolution', 1, ... % 方位角分辨率（度）
    
     'UpdateRate', 10, ... % 更新频率（Hz）
    
     'MountingLocation', [1.5, 0, 0.5], ... % 雷达安装位置（x, y, z）
    
     'MountingAngles', [0, 0, 0], ... % 雷达安装角度（俯仰角, 横滚角, 方位角）
    
     'DetectionProbability', 0.8); % 目标检测概率
    
  
    
 % 创建后向雷达传感器模型
    
 rear_radar = fusion.RadarDataGenerator(...
    
     'MaxRange', radar_range, ...
    
     'FieldOfView', [45, 10], ... % 视场角（方位角, 俯仰角）
    
     'AzimuthResolution', 1, ... % 方位角分辨率（度）
    
     'UpdateRate', 10, ... % 更新频率（Hz）
    
     'MountingLocation', [-1.5, 0, 0.5], ... % 雷达安装位置（x, y, z）
    
     'MountingAngles', [0, 0, 180], ... % 雷达安装角度（俯仰角, 横滚角, 方位角）
    
     'DetectionProbability', 0.8); % 目标检测概率

 % 创建超声波传感器模型

    
 ultrasonic_front = fusion.UltrasonicDataGenerator(...
    
     'MaxRange', ultrasonic_range, ...
    
     'UpdateRate', 10, ... % 更新频率（Hz）
    
     'MountingLocation', [0.5, 0, -0.1], ... % 超声波传感器安装位置（x, y, z）
    
     'MountingAngles', [0, 0, 0], ... % 超声波传感器安装角度（俯仰角, 横滚角, 方位角）
    
     'DetectionProbability', 0.9); % 障碍物检测概率
    
  
    
 ultrasonic_rear = fusion.UltrasonicDataGenerator(...
    
     'MaxRange', ultrasonic_range, ...
    
     'UpdateRate', 10, ... % 更新频率（Hz）
    
     'MountingLocation', [-0.5, 0, -0.1], ... % 超声波传感器安装位置（x, y, z）
    
     'MountingAngles', [0, 0, 180], ... % 超声波传感器安装角度（俯仰角, 横滚角, 方位角）
    
     'DetectionProbability', 0.9); % 障碍物检测概率

 % 创建行人检测器

    
 pedestrian_detector = vision.CascadeObjectDetector('Pedestrian');
    
  
    
 % 创建车辆检测器
    
 vehicle_detector = vision.YOLOv3ObjectDetector('Vehicle');
    
  
    
 % 检测行人和车辆
    
 [pedestrian_bboxes, pedestrian_scores] = pedestrian_detector(camera_image);
    
 [vehicle_bboxes, vehicle_scores] = vehicle_detector(camera_image);
    
  
    
 % 可视化检测结果
    
 imshow(camera_image);
    
 hold on;
    
 for i = 1:length(pedestrian_bboxes)
    
     rectangle('Position', pedestrian_bboxes(i, :), 'LineWidth', 2, 'EdgeColor', 'g');
    
 end
    
 for i = 1:length(vehicle_bboxes)
    
     rectangle('Position', vehicle_bboxes(i, :), 'LineWidth', 2, 'EdgeColor', 'b');
    
 end
    
 hold off;

 % 读取激光雷达点云数据

    
 ptCloud = lidar(); % 假设lidar()返回一个pointCloud对象
    
  
    
 % 降采样点云
    
 ptCloudDownsampled = pcdownsample(ptCloud, 'gridAverage', 0.2);
    
  
    
 % 分离地面点
    
 groundPtsIdx = segmentGroundFromLidarData(ptCloudDownsampled, 'ElevationAngleDifference', 5);
    
 nonGroundPtCloud = select(ptCloudDownsampled, ~groundPtsIdx, 'OutputSize', 'full');
    
  
    
 % 可视化点云
    
 figure;
    
 pcshow(nonGroundPtCloud.Location, nonGroundPtCloud.Color);
    
 title('Non-Ground Point Cloud');

 % 获取雷达检测结果

    
 radar_data = front_radar();
    
  
    
 % 过滤低置信度的检测
    
 valid_detections = radar_data{1}.ObjectProperties.DetectionConfidence > 0.5;
    
  
    
 % 提取有效检测的目标位置和速度
    
 positions = radar_data{1}.ObjectProperties.Position(valid_detections, :);
    
 velocities = radar_data{1}.ObjectProperties.Velocity(valid_detections, :);
    
  
    
 % 将雷达检测结果转换到全局坐标系
    
 global_positions = transformPointsForward(front_radar.MountingLocation, positions);

 % 获取超声波检测结果

    
 ultrasonic_data = ultrasonic_front();
    
  
    
 % 过滤无效检测
    
 valid_distances = ultrasonic_data{1}.Range < ultrasonic_range;
    
  
    
 % 提取有效检测的距离和角度
    
 distances = ultrasonic_data{1}.Range(valid_distances);
    
 angles = ultrasonic_data{1}.Azimuth(valid_distances);
    
  
    
 % 将超声波检测结果转换到全局坐标系
    
 [x, y] = pol2cart(deg2rad(angles), distances);
    
 global_ultrasonic_positions = [x + ultrasonic_front.MountingLocation(1), ...
    
                            y + ultrasonic_front.MountingLocation(2)];

 % 创建多目标跟踪器

    
 tracker = multiObjectTracker(...
    
     'FilterInitializationFcn', @initConstAccelUKF, ... % 初始化无迹卡尔曼滤波器
    
     'AssignmentThreshold', 30, ... % 数据关联阈值
    
     'MaxNumTracks', 100, ... % 最大跟踪目标数
    
     'MaxNumSensors', 4); % 最大传感器数

 % 获取所有传感器的检测结果

    
 detections = [pedestrian_detections, vehicle_detections, radar_detections, ultrasonic_detections];
    
  
    
 % 进行数据关联
    
 [assignments, unassignedTracks, unassignedDetections] = assignDetectionsToTracks(detections, tracks);

 % 定义安全距离

    
 safe_distance = 5; % 米
    
  
    
 % 检查是否有目标进入安全距离内
    
 for i = 1:length(tracks)
    
     if norm(tracks{i}.State(1:2)) < safe_distance
    
     % 触发避障动作
    
     applyBrake();
    
     steerAway();
    
     end
    
 end