CN105717500A - 一种激光雷达及其数据修正方法 - Google Patents

Abstract

一种激光雷达，位于一可移动载体之上，连接有惯性传感器，包括：数据获取单元用于获取惯性传感器侦测的可移动载体的旋转角速度car_w，也用于获取激光雷达的扫描角速度lidar_w；数据修正单元用于依据可移动载体的旋转角速度car_w与激光雷达的扫描角速度lidar_w得到修正后角度angle。本发明还提供一种激光雷达数据修正方法，通过本发明激光雷达及其数据修正方法，可以使得激光雷达在移动扫描的时候扫描的数据更加准确。

Description

一种激光雷达及其数据修正方法

技术领域

本发明涉及雷达领域，具体而言，涉及一种激光雷达及其数据修正方法。

背景技术

激光雷达是一种使用准直光束进行非接触式目标物体扫描测距的设备。通过将用于测距的准直光束(如激光)进行一定范围内的旋转，即可实现对所在环境一定环境内物体进行扫描测距，并提取出环境的轮廓信息。相比超声波、图像检测等手段，使用光学扫描测距装置可以实现非常高的扫描测距精度，并且测距速度快。因此在工业和民用领域具有非常高的应用价值，目前广泛的应用于机器人自主建图与导航定位(SLAM)、3D场景重建、安防检测等领域。

目前激光雷达一般均放置于一可移动的运动平台上面，由于移动平台的运动，会使激光雷达测量的数据出现测量误差，进而导致激光雷达反馈的测量数据与实际情况出现很大的出入，进而影响其他依赖激光雷达的部件不能正常运转。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种激光雷达及其数据修正方法，实现成本更低，扫描数据更稳定。

本发明实施方式中提供的激光雷达，位于一可移动载体之上，连接有惯性传感器，所述激光雷达还包括：数据获取单元用于获取所述惯性传感器侦测的所述可移动载体的旋转角速度car_w，也用于获取所述激光雷达的扫描角速度lidar_w；数据修正单元用于依据所述可移动载体的旋转角速度car_w与所述激光雷达的扫描角速度lidar_w得到修正后角度angle。

优选地，所述数据修正单元得到所述修正后角度angle的过程中用到如下公式：dif_w＝lidar_w-car_w；angle＝∫(dif_w)dt。

优选地，所述数据获取单元还用于获取所述惯性传感器侦测的所述可移动载体的位移量还用于获取所述激光雷达相对周边环境的距离所述数据修正单元还用于依据所述位移量和所述距离得到修正后距离

优选地，所述数据修正单元得到所述修正后距离的过程中用到如下公式： $\stackrel{\→}{L3}=\stackrel{\→}{L1}+\stackrel{\→}{L2}.$

优选地，所述数据获取单元通过光学传感器或霍尔传感器获取所述激光雷达的扫描角速度lidar_w。

优选地，所述数据获取单元通过光学传感器获取所述激光雷达的扫描角速度lidar_w和所述激光雷达相对周边环境的距离

优选地，所述惯性传感器位于所述激光雷达的底座之上，所述激光雷达的底座固定于所述可移动载体上。

优选地，所述惯性传感器位于所述可移动载体上。

本发明实施方式中提供的激光雷达数据修正方法，应用于激光雷达，所述激光雷达位于一可移动载体之上，连接有惯性传感器，包括：获取所述惯性传感器侦测的所述可移动载体的旋转角速度car_w；获取所述激光雷达的扫描角速度lidar_w；依据所述可移动载体的旋转角速度car_w与所述激光雷达的扫描角速度lidar_w得到修正后角度angle。

优选地，所述依据所述可移动载体的旋转角速度car_w与所述激光雷达的扫描角速度lidar_w得到修正后角度angle的步骤具体应用如下公式：dif_w＝lidar_w-car_w；angle＝∫(dif_w)dt。

优选地，所述激光雷达数据修正方法还包括：获取所述惯性传感器侦测的所述可移动载体的位移量获取所述激光雷达相对周边环境的距离依据所述位移量和所述距离得到修正后距离

优选地，所述依据所述位移量和所述距离得到修正后距离的步骤具体应用如下公式：

优选地，所述激光雷达的扫描角速度lidar_w通过光学传感器或霍尔传感器获得。

优选地，所述激光雷达的扫描角速度lidar_w和所述激光雷达相对周边环境的距离具体通过光学传感器获得。

上述激光雷达及数据修正方法可以使得激光雷达在移动扫描的时候扫描的更加精准。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是本发明激光雷达一实施方式的应用环境图。

图2是本发明激光雷达一实施方式的模块图。

图3是本发明激光雷达数据修正方法一实施方式的流程图。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本发明激光雷达10一具体实施方式的应用环境图。在图1中，激光雷达10包括底座和旋转体，并通过底座固定在一可移动载体11上，比如遥控小车。通过固定在可移动平台11上，可以实现对周边环境全方位的扫描。

图2为本发明激光雷达10一具体实施方式的模块图。如图2所示，激光雷达10连接惯性传感器100，并包括数据获取单元104、数据修正单元106。

惯性传感器100可以侦测可移动载体11的旋转角速度car_w，同时也可以用于侦测可移动载体11的位移量惯性传感器是基于MEMS技术的高性能三维运动姿态测量系统，它包含三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘等运动传感器，通过内嵌的低功耗ARM处理器得到经过温度修正的三维姿态、方位、旋转角速度等数据，利用基于四元数的三维算法和特殊数据融合技术，实时输出以四元数、欧拉角表示的零漂移三维姿态方位数据，如此，惯性传感器100便可以很容易的侦测出可移动载体11的旋转角速度car_w及位移量在本实施方式中，可移动载体11可以为一遥控小车，也可以是一可移动的机器人底盘平台。另外，在实施方式中，激光雷达10包括有底盘以及旋转部件，而上述惯性传感器100则安装于底盘上，进而固定于可移动载体11上面。在其他实施方式中，上述惯性传感器100也可以直接安装于可移动载体11上。

数据获取单元104用于获取惯性传感器侦测的可移动载体的旋转角速度car_w，也用于获取激光雷达10的扫描角速度lidar_w。在本实施方式中，数据获取单元104通过惯性传感器100获得可移动载体11的旋转角速度car_w，也通过光学传感器102获取激光雷达10的扫描角速度lidar_w。在其他实施方式中，数据获取单元104还可以通过惯性传感器100获取可移动载体11的位移量通过光学传感器102获取激光雷达10相对于周边环境的距离具体而言，光学传感器102位于激光雷达10的旋转部件上，可以随着旋转部件的旋转实现360度的侦测，进而侦测到激光雷达自身的扫描角速度lidar_w以及激光雷达相对于周边环境的距离在本实施方式中，侦测激光雷达10自身扫描角速度lidar_w和侦测激光雷达相对于周边环境的距离的光学传感器102具体可由两种不同的光学传感器实现。在本实施方式中，数据获取单元104可以在惯性传感器100和光学传感器102侦测到数据后，通过物理排线将数据传送至激光雷达10的处理器中，进而获取相关数据。在其他实施方式中，数据获取单元104也可以在惯性传感器100和光学传感器102侦测到数据后，通过无线传输的方式将相关数据无线传送至激光雷达10的处理器中，进而获取相关数据。当然，在其他的实施方式中，上述获取的数据也可以传送至外部处理器，即可移动载体11的处理器，比如遥控小车的处理器，或者可移动机器人的处理器。另外需要说明的是，本发明中数据获取单元104获取激光雷达10自身的扫描角速度lidar_w的方式不限于上述光学传感器102，也可以通过其他的技术手段获取，比如通过霍尔传感器。

数据修正单元106依据数据获取单元106获取的数据得到修正后角度angle和/或修正后距离在本实施方式中，可移动载体11的旋转角速度car_w与激光雷达10的扫描角速度lidar_w的角速度差为dif_w，其公式为dif_w＝lidar_w-car_w，通过角速度差可以获得修正后角度angle,公式为angle＝∫(dif_w)dt。另外，对可移动载体11的位移量和激光雷达10相对周边环境的距离进行矢量求和即可得到修正后距离公式为上述矢量求和依据三角正余弦定理即可求出，具体而言，如与的夹角为α,与的夹角为β，与的夹角为γ，其中距离为c，距离为b，距离为a，则根据正余弦定理 $a=\sqrt{b^2+c^2-2*b*c*cos\mathrm{\α}}.$

图3为本发明激光雷达数据修正方法一实施方式的流程图。其所示流程方法应用于图2所示的激光雷达10。在本实施方式中，激光雷达10连接一惯性传感器100并包括光学传感器102。

步骤S300，数据获取单元104获取惯性传感器100侦测的可移动载体11的旋转角速度car_w，同时也可以获取惯性传感器100侦测的可移动载体11的位移量在本实施方式中，惯性传感器100是基于MEMS技术的高性能三维运动姿态测量系统，它包含三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘等运动传感器，通过内嵌的低功耗ARM处理器得到经过温度修正的三维姿态、方位、旋转角速度等数据，利用基于四元数的三维算法和特殊数据融合技术，实时输出以四元数、欧拉角表示的零漂移三维姿态方位数据，如此，惯性传感器100便可以很容易的侦测出可移动载体的旋转角速度car_w及位移量在本实施方式中，可移动载体11可以为一遥控小车，也可以是一可移动的机器人底盘平台。另外，在实施方式中，激光雷达10包括有底盘以及旋转部件，而上述惯性传感器100则安装于地盘上，进而固定于可移动载体11上面。在其他实施方式中，上述惯性传感器100也可以直接安装于可移动载体11上。

步骤S302，数据获取单元104获取光学传感器102侦测所述激光雷达10的扫描角速度lidar_w和/或相对周边环境的距离在本实施方式中，光学传感器102位于激光雷达10的旋转部件上，可以随着旋转部件的旋转实现360度的侦测，进而侦测到激光雷达10自身的扫描角度lidar_w以及激光雷达相对于周边环境的距离在上述步骤中，数据获取单元104可以在惯性传感器100和光学传感器102侦测到数据后，通过物理排线将数据传送至激光雷达10的处理器中，进而获取相关数据。在其他实施方式中，数据获取单元104也可以在惯性传感器100和光学传感器102侦测到数据后，通过无线传输的方式将相关数据无线传送至激光雷达10的处理器中，进而获取相关数据。当然，在其他的实施方式中，上述获取的数据也可以传送至外部处理器，即可移动载体11的处理器，比如遥控小车的处理器，或者可移动机器人的处理器。另外，需要说明的是，本发明中数据获取单元104获取激光雷达10自身的扫描角速度lidar_w的方式不限于上述光学传感器102，也可以通过其他的技术手段获取，比如通过霍尔传感器。

步骤S304，数据修正单元106依据可移动载体11的旋转角速度car_w与激光雷达10的扫描角速度car_w得到修正后角度angle，依据所述位移量和所述距离得到修正后距离在本实施方式中，可移动载体11的旋转角速度car_w与激光雷达10的扫描角速度lidar_w的角速度差为dif_w，其公式为dif_w＝lidar_w-car_w，通过角速度差可以获得修正后角度angle,公式为angle＝∫(dif_w)dt。另外，对可移动载体11的位移量和激光雷达10相对周边环境的距离进行矢量求和即可得到修正后距离公式为上述矢量求和依据三角正余弦定理即可求出，具体而言，如与的夹角为α,与的夹角为β，与的夹角为γ，其中距离为c，距离为b，距离为a，则根据正余弦定理 $a=\sqrt{b^2+c^2-2*b*c*cos\mathrm{\α}}.$

通过上述激光雷达及数据修正方法，可使得激光雷达在可移动平台移动的过程中，可以有效的避免可移动平台的移动或者旋转为激光雷达数据此时带来的误差，进而使得激光雷达的数据测量更加精准。

以上对本发明所提供的一种激光雷达及数据修正方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (14)

1.一种激光雷达数据修正方法，应用于激光雷达，所述激光雷达位于一可移动载体之上，连接有惯性传感器，其特征在于，所述方法包括：

获取所述惯性传感器侦测的所述可移动载体的旋转角速度car_w；

获取所述激光雷达的扫描角速度lidar_w；及

依据所述可移动载体的旋转角速度car_w与所述激光雷达的扫描角速度lidar_w得到修正后角度angle。

2.如权利要求1所述的激光雷达数据修正方法，其特征在于，所述依据所述可移动载体的旋转角速度car_w与所述激光雷达的扫描角速度lidar_w得到修正后角度angle的步骤具体应用如下公式：dif_w＝lidar_w-car_w；angle＝∫(dif_w)dt。

3.如权利要求1所述的激光雷达数据修正方法，其特征在于，还包括：

获取所述惯性传感器侦测的所述可移动载体的位移量

获取所述激光雷达相对周边环境的距离及

依据所述位移量和所述距离得到修正后距离

4.如权利要求3所述的激光雷达数据修正方法，其特征在于，所述依据所述位移量和所述距离得到修正后距离的步骤具体应用如下公式： $\stackrel{\→}{L3}=\stackrel{\→}{L1}+\stackrel{\→}{L2}.$

5.如权利要求1所述的激光雷达数据修正方法，其特征在于，所述激光雷达的扫描角速度lidar_w通过光学传感器或霍尔传感器获得。

6.如权利要求3所述的激光雷达数据修正方法，其特征在于，所述激光雷达的扫描角速度lidar_w和所述激光雷达相对周边环境的距离具体通过光学传感器获得。

7.一种激光雷达，位于一可移动载体之上，连接有惯性传感器，其特征在于，所述激光雷达还包括：

数据获取单元，用于获取所述惯性传感器侦测的所述可移动载体的旋转角速度car_w，也用于获取所述激光雷达的扫描角速度lidar_w；

数据修正单元，用于依据所述可移动载体的旋转角速度car_w与所述激光雷达的扫描角速度lidar_w得到修正后角度angle。

8.如权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述数据修正单元得到所述修正后角度angle的过程中用到如下公式：dif_w＝lidar_w-car_w；angle＝∫(dif_w)dt。

9.如权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述数据获取单元还用于获取所述惯性传感器侦测的所述可移动载体的位移量还用于获取所述激光雷达相对周边环境的距离所述数据修正单元还用于依据所述位移量和所述距离得到修正后距离

10.如权利要求9所述的激光雷达，其特征在于，所述数据修正单元得到所述修正后距离的过程中用到如下公式：

11.如权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述数据获取单元通过光学传感器或霍尔传感器获取所述激光雷达的扫描角速度lidar_w。

12.如权利要求9所述的激光雷达，其特征在于，所述数据获取单元通过光学传感器获取所述激光雷达的扫描角速度lidar_w和所述激光雷达相对周边环境的距离

13.如权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述惯性传感器位于所述激光雷达的底座之上，所述激光雷达的底座固定于所述可移动载体上。

14.若权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述惯性传感器位于所述可移动载体上。