CN105301577A

CN105301577A - 一种激光强度校准方法及装置

Info

Publication number: CN105301577A
Application number: CN201510653550.8A
Authority: CN
Inventors: 潘晨劲; 赵江宜
Original assignee: Foochow Hua Ying Heavy Industry Machinery Co Ltd
Current assignee: Foochow Hua Ying Heavy Industry Machinery Co Ltd
Priority date: 2015-10-10
Filing date: 2015-10-10
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2035-10-10
Also published as: CN105301577B

Abstract

一种激光强度校准方法及装置，其中方法包括如下步骤，将预设区域网格化，在预设区域中采集原始数据，通过原始数据获得校准函数。本方案能够有效的减少激光雷达测量数据中存在的系统误差，并适用特定的区域场景进行自动校准。

Description

一种激光强度校准方法及装置

技术领域

本发明涉及雷达传感器领域，尤其涉及一种自学习的激光强度校准方法和装置。

背景技术

激光雷达是无人车感知传感器中极为重要的一个，它有着诸多其他传感器所不具备的优势，例如：能够精准地测量距离；数据采集的密度高、分辨率高；不受光照影响等等。

此外，激光雷达的每个数据点都包含了被照射点反射强度的信息。常见的激光雷达可以分辨256种不同的反射强度。这样，激光雷达扫描输出的点云不仅包含了周围环境表面的空间分布信息，还包含了表面的反射性的信息。激光雷达的扫描数据能有效地反映被扫描环境中的各种形态特征，例如人行道，马路边缘，行车线，路边建筑，行人，其他车辆等等。

但激光雷达的测量数据也存在着误差。误差一般分为系统性的误差和随机性的误差。随机性的误差主要受限于仪器本身的技术水平，而系统性的误差则主要取决于系统参数的设置。

一般应用于无人车辆的激光雷达都具有多个激光发射器。系统性的误差会导致不同的激光束对于同一个表面在同一个距离产生的反射强度不一致。

虽然激光雷达在出厂时可能经过校准，但这种校准的对象可能和激光雷达应用环境中的对象不一样。因此，针对某个特定的环境以及某种特定的应用的校准就十分必要。

发明内容

为此，需要提供一种激光强度校准方法，以适用特定的区域场景进行自动校准。

为实现上述目的，发明人提供了一种激光强度校准方法，包括如下步骤，将预设区域网格化，在预设区域中以网格为单位采集原始数据，通过原始数据获得校准函数。

具体地，所述将预设区域网格化具体为：将整个行驶的区域分成若干个单元格，并对每个单元格进行编号，每个单元格大小相同。

具体地，所述在预设区域中采集原始数据具体为：用激光雷达车在预设区域中按预定的路线行驶，在行驶过程中每隔预定的时间保存一组观测记录作为原始数据。

进一步地，还包括步骤，利用所述校准函数构建校准查找表，新的激光强度被获取后用所述校准查找表进行校准。

一种激光强度校准装置，包括网格化模块、采集模块、函数获得模块、校准模块，所述网格化模块用于将预设区域网格化，所述采集模块用于在预设区域中以网格为单位采集原始数据，所述函数获得模块用于通过原始数据获得校准函数，所述校准模块用于在新的激光强度被获取后将其代入校准函数进行校准。

具体地，所述网格化模块将预设区域网格化具体为：将整个行驶的区域分成若干个单元格，并对每个单元格进行编号，每个单元格大小相同。

具体地，所述采集模块在预设区域中采集原始数据具体为：用激光雷达车在预设区域中按预定的路线行驶，在行驶过程中每隔预定的时间保存一组观测记录作为原始数据。

进一步地，还包括建表模块，所述建表模块用于利用所述校准函数构建校准查找表，所述校准模块还用于在新的激光强度被获取后将其代入校准查找表进行校准。

区别于现有技术，上述技术方案能够有效的减少激光雷达测量数据中存在的系统误差，并适用特定的区域场景进行自动校准。

附图说明

图1为本发明具体实施方式所述方法流程示意图；

图2a为本发明具体实施方式所述未校准激光强度扫描图；

图2b为本发明具体实施方式所述校准后激光强度扫描图；

图3为本发明具体实施方式所述区域网格化示意图；

图4为本发明具体实施方式所述装置模块示意图。

附图标记说明：

400、网格化模块；

402、采集模块；

404、函数获得模块；

405、校准模块；

406、建表模块。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1，为本发明一种激光强度校准方法流程示意图，包括如下步骤，S100将预设区域网格化，S102在预设区域中以网格为单位采集原始数据，S104通过原始数据获得校准函数，S105新的激光强度被获取后代入校准函数进行校准。。

具体地，所述S100将预设区域网格化具体为：将整个行驶的区域分成若干个单元格，并对每个单元格进行编号，每个单元格大小相同。

具体地，所述S102在预设区域中以网格为单位采集原始数据具体为：用激光雷达车在预设区域中按预定的路线行驶，采集原始数据，在行驶过程中每隔预定的时间保存一组观测记录。激光雷达的校准方法一般分为几何的(geometric)和辐射测量的(radiometric)。本方法是一种辐射测量的校准方法，校准激光雷达输出的强度数据。经过这种方法校准过的激光雷达数据特别适合、但不限于以下应用：

1.对无人车预设的行驶环境进行地图采集

2.无人车在实时行驶过程中，对周围环境的感知

在无人车的行驶过程中，经常需要对预先采集的三维地图和实时行驶过程中的激光雷达数据进行基于概率方法的匹配。匹配的过程依赖于点云的空间位置和强度值，并且对强度值是否标准化(normalized)十分敏感。

如图2a所示，未经校准的图片中车辆左侧路面上的每个环(一个激光束一圈扫描的输出)的亮度(反射强度)非常不一致，即便每个激光束照射的路表其实放射特性差异不大。未经过校准的若干激光束产生了不同的反射强度，在图上可以看到的线条们有的深有的浅。图2b反映了在经过校准后的图样，可以看到线条的深浅度更加均匀了。

本方法的重点在于：

1)激光扫描设备的特性使得每一束激光都有自己独特的，非线性的响应方程。为了获得完整的，将观测强度转化成输出强度的校准函数，本方法计算的是每一束激光的完整响应曲线而非单一的参数。

2)本方法针对的并不是固定的校准目标，而是整个车辆行驶环境中可能被激光雷达扫描到的各种特征。这样的好处就是校准过的激光雷达能更好地适应预设的行驶环境。因此，校准目标的采集需要车辆在预设环境中完成一次完整的行驶。

首先请看图3，为区域网格化示意图，在本实施例中，进行步骤S100将整个预设区域网格化时，将整个行驶的区域分成若干个单元格。每个单元格大小相同，根据激光雷达的分辨率决定。比如，可以选择单元格的尺寸使得每一个单元格平均被1束激光照射到。每一个单元格被赋予一个唯一的编号。

同时网格地图是二维的，而激光雷达的点云输出是三维的。因此，需要将三维的点云投影到二维的网格上：每一单元格对应所有横、纵坐标与该单元格一样的数据点，不管这些点的高度坐标是多少。

接下来进行步骤S102在预设区域中采集原始数据，激光雷达载车要在预设环境中按预定的路线行驶，采集原始数据。在行驶过程中，每间隔预定的时间，保存一组观察记录。整个行驶过程中保存下的所有观察记录组成了原始数据日志。每条观察记录z_i可以用一个四元数组<b,l_j,a_j,g_i>表示，分别对应激光束编号，测距，反射强度值和对应的地图单元格编号。

在某些实施例中，若激光器有64个激光束，则：

b∈[0,…,63](不同型号的激光雷达可能会发出不同数量的激光束，公式可以灵活变动)

而测距一定大于等于0：

l_ji∈R+

若每束激光束可以分辨256种不同的反射强度，则：

a_j∈[0,...,255]

g_j代表单元格的编号，总的单元格数量取决于地图的维数N和M：

g_j∈[0,...,N·M-1]

采集过程中每一时刻都会观测到许多条观察记录，所有的观察记录的总集合为：

L＝{z₁,…,z_n}

即n个观察记录。利用这些观察记录，我们可以进行步骤S104计算校准函数g(j,a)：

g (j, a) : = E_{z_{i} &Element; T} [a_{j} | ((&Exists; i, g_{j} = g_{i}, i = j, a_{i} = a), b_{j} &NotEqual; j)]

也就是说，对于每一束激光j的每一个原始强度值a，其校准的强度值g(j,a)就是所有满足一定条件的激光束的强度值的期望值。这里满足条件的激光束为：所有击中某个单元格的激光束，这个单元格被激光束j击中并且放射强度值为a。

在具体的实施例中，假设我们要对激光束1的强度值10进行校准：

1)首先搜索所有单元格，看还有哪些单元格里激光束1的反射强度也是10，然后记下这些单元格来。例如，我们发现原来激光束1还照射到了单元格5，单元格6和单元格9，并且在这些单元格里其反射值也是10。

2)然后搜索单元格5、6、9，获得所有其它击中这几个单元格的激光束的强度值(注意激光束1的强度值不包括)。

3)校准过的强度值就是这些激光束的平均反射强度值。

这里搜索出来的单元数不一定是3个，只要激光束1从这个单元格反射出来的强度是10即可。

假设激光雷达有64个光束，每个激光束有256种反射强度，那么校准函数就有64*256种不同的输入组合(注意这里根据激光雷达的型号不同数字要相应做变动)，对于每一个组合我们都要去计算g(j,a)。

在另一些进一步的实施例中，校准函数可以用一个校准查找表来表示。没有观察到的值可以在通过利用已观察值对方程进行内插填补的方式来获得。因此还包括步骤S106利用所述校准函数构建校准查找表，新的激光强度被获取后用所述校准查找表进行校准。

校准查找表可以为如表1所示的一种结构，注意数字可根据激光雷达的具体参数灵活变动：

g(j,a)	0	1	...	63
					0	g(0,0)	g(1,0)	...	g(63,0)
1	g(0,1)	g(1,1)	...	g(63,1)

2	g(0,2)	g(1,2)	...	g(63,2)
					...	...	...	...	...
255	g(0,255)	g(1,255)	...	g(63,255)

表1

在具体的实施例中，假设在接下来的要进行地图构建与定位(必须是用同一个激光雷达得到的数据)，我们可以一一对原始激光数据进行校准，比如说实时观测过程中某单元格我们观测到激光束1的反射强度是10，那我们就直接在上面的查找表里搜索g(1,10)，然后把反射强度的输出值给替代成g(1,10)。以上步骤对每一个数据都要重复一次。

上述激光校准的方式的好处在于：一是它不要求特定的校准环境，而是可以自动适应任何一种环境。换句话说就是适用范围非常广。而且丰富的激光数据采样和对其进行平均使得动态物体对校准质量的影响大大降低了。

二是不需要每次使用激光雷达的时候都重新校准，而是通过以下这套校准步骤一次性得到一张校准查找表，然后在接下来的地图构建与定位中就可以很方便地直接使用表格进行校准了。同时也更好地解决了减小激光雷达强度测量中存在的系统误差的问题。

在图4所示的一种激光强度校准装置模块示意图中，包括网格化模块400、采集模块402、函数获得模块404，校准模块405所述网格化模块用于将预设区域网格化，所述采集模块用于在预设区域中以网格为单位采集原始数据，所述函数获得模块用于通过原始数据获得校准函数，所述校准模块405用于在新的激光强度被获取后将其代入校准函数进行校准。通过上述模块设计，解决了减小激光雷达强度测量系统误差的问题。

具体地，所述网格化模块400将预设区域网格化具体为：将整个行驶的区域分成若干个单元格，并对每个单元格进行编号，每个单元格大小相同。

具体地，所述采集模块402在预设区域中采集原始数据具体为：用激光雷达车在预设区域中按预定的路线行驶，在行驶过程中每隔预定的时间保存一组观测记录作为原始数据。

进一步地，还包括建表模块406，所述建表模块用于利用所述校准函数构建校准查找表，所述校准模块405还用于在新的激光强度被获取后将其代入校准查找表进行校准。设计建表模块的好处在于得到一张校准查找表，然后在接下来的地图构建与定位中就可以很方便地直接使用表格进行校准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

本领域内的技术人员应明白，上述各实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。这些实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。上述各实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，包括但不限于：个人计算机、服务器、通用计算机、专用计算机、网络设备、嵌入式设备、可编程设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，包括但不限于：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

上述各实施例是参照根据实施例所述的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到计算机设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机设备以特定方式工作的计算机设备可读存储器中，使得存储在该计算机设备可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机设备上，使得在计算机设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims

1.一种激光强度校准方法，其特征在于，包括如下步骤，将预设区域网格化，在预设区域中以网格为单位采集原始数据，通过原始数据获得校准函数，新的激光强度被获取后代入校准函数进行校准。

2.根据权利要求1所述的激光强度校准方法，其特征在于，所述将预设区域网格化具体为：将整个行驶的区域分成若干个单元格，并对每个单元格进行编号，每个单元格大小相同。

3.根据权利要求1所述的激光强度校准方法，其特征在于，所述在预设区域中采集原始数据具体为：用激光雷达车在预设区域中按预定的路线行驶，在行驶过程中每隔预定的时间保存一组观测记录作为原始数据。

4.根据权利要求1所述的激光强度校准方法，其特征在于，还包括步骤，利用所述校准函数构建校准查找表，新的激光强度被获取后用所述校准查找表进行校准。

5.一种激光强度校准装置，其特征在于，包括网格化模块、采集模块、函数获得模块、校准模块，所述网格化模块用于将预设区域网格化，所述采集模块用于在预设区域中以网格为单位采集原始数据，所述函数获得模块用于通过原始数据获得校准函数，所述校准模块用于在新的激光强度被获取后将其代入校准函数进行校准。

6.根据权利要求5所述的激光强度校准装置，其特征在于，所述网格化模块将预设区域网格化具体为：将整个行驶的区域分成若干个单元格，并对每个单元格进行编号，每个单元格大小相同。

7.根据权利要求5所述的激光强度校准装置，其特征在于，所述采集模块在预设区域中采集原始数据具体为：用激光雷达车在预设区域中按预定的路线行驶，在行驶过程中每隔预定的时间保存一组观测记录作为原始数据。

8.根据权利要求5所述的激光强度校准装置，其特征在于，还包括建表模块，所述建表模块用于利用所述校准函数构建校准查找表，所述校准模块还用于在新的激光强度被获取后将其代入校准查找表进行校准。