CN110320506B - 一种车用激光雷达自动标定装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车用激光雷达自动标定装置及方法，所述装置包括长方体形封闭房体以及PC机，PC机与车辆安装的激光雷达分别通过数据线连接；所述封闭式房体包括由左面墙体、右面墙体、后面墙体、顶板以及地面相邻面相互垂直的框架体，封闭式房体的前面墙体采用滑轨移动式配装在框架体的前端开口处；封闭式房体的左面墙体和右面墙体内端面分别设置一等距阶梯，封闭式房体的地面上设置有等距且平行的若干标记线。本发明能够实现自动标定，且标定结果准确度高，能够满足一致性要求，大大节约了人力的投入，能够适应车辆批量生产过程中批量标定的要求。

Description

一种车用激光雷达自动标定装置及方法
技术领域
本发明涉及无人驾驶汽车生产技术领域，特别是一种无人驾驶汽车上的雷达标定方法及装置。
背景技术
智能驾驶或无人驾驶车辆必然是车辆智能化的发展趋势，目前全国各地多个省市都有相关智能车辆测试甚至落地运营的新闻，智能驾驶车辆已经在快速的接近我的生活。目前的智能驾驶车辆数量相对比较少，大多是在测试阶段，一般有几台、几十台这样的规模，大部分的智能驾驶车辆采用了一个或者多个激光雷达作为主要的障碍物检测或者地图SLAM的建设依据，但是所有这些激光雷达由于其特殊的工艺会导致每个激光雷达内参、外参都不一致，因此需要单独标定后才能使用。
现有的标定方法都是单个人工手动标定，借助水平仪凭经验判断X\Z方向的水平，Y方向也是借助墙体凭经验主观校对。由于量小且主要还在测试阶段，时效性要求不高，基本上都能够满足当前应用，但是一旦批量或者正式大批量生产的时候，再采用人工标定就无法适应生产的需求了，所以急需一种能够满足批量、低门槛自动化程度相对较高的智能标定方法及装置。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种用于自动标定车用激光雷达的方法及装置，提高标定结果稳定性和一致性，满足批量生产的要求。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种车用激光雷达自动标定装置，包括容纳车辆的长方体形封闭房体以及用于标定激光雷达的PC机，PC机与车辆安装的激光雷达分别通过数据线连接；所述封闭式房体包括由左面墙体、右面墙体、后面墙体、顶板以及地面相邻面相互垂直、固定连接在一起的框架体，封闭式房体的前面墙体采用滑轨移动式配装在框架体的前端开口处；封闭式房体的左面墙体和右面墙体内端面、自下而上分别设置一等距阶梯，封闭式房体的地面上以宽度方向的中轴线为基准设置有等距且平行的若干标记线；地面的中部以宽度方向的中轴线为车辆中轴线对称设置放置车辆轮胎的轮胎参考标记。
上述一种车用激光雷达自动标定装置，等距阶梯的高度为40-90cm，相邻阶梯的宽度差和高度差均为10cm。
上述一种车用激光雷达自动标定装置，相邻标记线间的间距为10cm。
上述一种车用激光雷达自动标定装置，位于地面后端的轮胎参考标记尾端设置有防止车辆超限的限位块。
一种车用激光雷达的自动标定方法，具体包括以下步骤：
A.车辆到达封闭式房体内指定的轮胎参考标记处后，保持车身与左右两侧墙体平行，将所有要进行标记的激光雷达分别通过数据线与PC机连接，PC机上显示与封闭式房体内的标记线以及等距阶梯边线形成的窗格线条相吻合的基准标定界面；
B.采集各激光雷达数据，在基准标定界面上显示雷达点云数据，根据与基准标定界面上标记线的偏差计算得到各激光雷达的要标定的偏差；
C.根据步骤B计算的偏差值，依次按照俯仰、翻滚和航向的顺序进行参数的标定；
D.标定完成后，再次读入各激光雷达的点云数据，验证是否与基准标定界面的窗格线条吻合，如吻合则标定完成。
上述车用激光雷达的自动标定方法，步骤C中所述航向的标定方法为：图象二值法、逼近法或者最小二乘法。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明用于对车辆上的所有的激光雷达进行外参的标定，能够实现自动标定，且标定结果准确度高，能够满足一致性要求，大大节约了人力的投入，能够适应车辆批量生产过程中批量标定的要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中标定用场地示意图；
图3为本发明中xy平面场地剖面示意图；
图4为本发明中xz平面(地面)俯视示意图；
图5为本发明中yaw标定示意图；
图6为本发明中pitch标定示意图；
图7为本发明中roll标定示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
本发明中，对汽车上的激光雷达外参的标定参数主要是三个姿态方向的标定：航向(yaw)、翻滚(roll)和俯仰(pich)参数的标定，如图1所示；其中航向参数是指激光雷达在水平Y方向上的偏转，俯仰是指激光雷达在垂直X方向上的偏转，翻滚是指激光雷达在Z轴方向上的旋转。
一种车用激光雷达自动标定装置，包括长方体形封闭房体以及PC机，长方体形封闭房体用于容纳待标定的车辆，PC机与车辆安装的激光雷达分别通过数据线连接，用于标定车上的激光雷达。
封闭式房体的结构如图2和图3所示，包括由左面墙体、右面墙体、后面墙体、顶板以及地面相邻面相互垂直、固定连接在一起的框架体，封闭式房体的前面墙体采用滑轨移动式配装在框架体的前端开口处。当待标定的车辆进入到框架体内时，移动前面墙体，关闭框架体形成封闭式房体。本发明中，封闭式房体可以采用混凝土构建的建筑物，也可以是移动式的木板等搭建而成，只要能够保证房体内相邻两端面相互垂直即可，作为提供准确基础数据的参考标准。
为了进行激光雷达的准确标定，在封闭式房体的左面墙体和右面墙体内端面、自下而上分别设置一等距阶梯，封闭式房体的地面上以宽度方向的中轴线为基准设置有等距且平行的若干标记线；地面的中部以宽度方向的中轴线为车辆中轴线对称设置放置车辆轮胎的轮胎参考标记，如图4所示。本发明中，等距阶梯的高度为40-90cm，相邻阶梯的宽度差和高度差均为10cm，相邻标记线间的间距为10cm。
为方便车辆行进到指定的位置，本发明在位于地面后端的轮胎参考标记尾端设置了防止车辆超限的限位块。
PC机作为标定激光雷达的电脑，可在车辆达到在到达指定位置之后，将所需要标定的所有激光雷达与PC机连接，标定界面读取雷达数据，界面可以显示多个雷达点云数据，正常情况下，点云会形成层次间隔分明的窗格线条，间距为10cm，并且和标定界面基准线重合；但，实际上肯定会存在偏差，这就需要根据偏差对激光雷达进行标定相应的标定。
基于上述车用激光雷达自动标定装置的标定方法，具体包括以下步骤。
A.搭建长方体形封闭式房体，将待标定的车辆驶入房体内；当车辆到达封闭式房体内指定的轮胎参考标记处后，保持车身与左右两侧墙体平行，将所有要进行标记的激光雷达分别通过数据线与PC机连接，PC机上显示与封闭式房体内的标记线以及等距阶梯边线形成的窗格线条相吻合的基准标定界面。
在停车过程中，司机凭经验把车停到相对比较精确的位置，也可以辅助一些激光测距设备，如准备2个激光测距设备从左侧或者右侧分别测量车头、车尾到墙面的距离，提醒司机，这样会更精准。需要说明的是即便没有激光测距设备凭经验也能到达精度要求，因为我们的进度在20cm级。
B.采集各激光雷达数据，在基准标定界面上显示雷达点云数据，根据与基准标定界面上标记线的偏差计算得到各激光雷达的要标定的偏差。
C.根据步骤B计算的偏差值，依次按照俯仰、翻滚和航向的顺序进行参数的标定。
本实施例中，测得的某个激光雷达的航向偏转如图5所示，图中实线为标准点云，虚线为测得的激光雷达的实际点云。正常情况下，实线和虚线完全重合为理想状态；然而，从图中可以看出，实际点云与标准点云之间存在一定的角度α，因此需要对激光雷达进行标定。
在进行航向(yaw)参数的标定时，PC机可采用图象二值法、逼近法或者最小二乘法进行参数的标定。
采用图像二值方法标定时，首先比较两个线条的夹角，计算其角度差值，对激光雷达坐标进行角度补偿，在原值α0的基础上加上偏转值α，重复检测并计算偏转值，直到α<预值αt；标定完成。
采用逼近法标定时，首先估算两线条夹角α1，且可以判断α1的正负，先加预补偿值α1/2，估算两个线条夹角α2，若α2和α1同向，则继续加补偿值α1/4；估算两个线条夹角α3，若α3和α1同向，则继续，若αN和α1异向，则继续加补偿值α1/2n+1，且上一步的α1/2n不要；直到估算角度αn＝0或逼近0，则标定值为α1/2+α1/4+……α1/2n-1+α1/2n+1；标定完成。
采用最小二乘法标定时，首先计算两个线条的最大均方差P,且可以判断α1的正负，比如为负值，则右转一个角度α1，若P值变大，则选择角度α1/2，若P值变小，则记录α1，再同方向旋转α1，若P值变大，则选择角度α1/2，若P值变小，则再记录α2；直到P值为0或者接近0，记录所有P值变小的角度值，求和得出标定值；标定完成。
在进行翻滚(roll)和俯仰(pich)的标定时，由于实测点云与基准点云之间相平行，如图6和图7所示，只是有位移偏差，无角度偏差，因此，可以根据偏差值直接进行反方向等值标定即可。
D.标定完成后，再次读入各激光雷达的点云数据，验证是否与基准标定界面的窗格线条吻合，如吻合则标定完成。

Claims (4)

1.一种车用激光雷达自动标定装置，其特征在于：包括容纳车辆的长方体形封闭式房体以及用于标定激光雷达的PC机，PC机与车辆安装的激光雷达分别通过数据线连接；所述封闭式房体包括由左面墙体、右面墙体、后面墙体、顶板以及地面相邻面相互垂直、固定连接在一起的框架体，封闭式房体的前面墙体采用滑轨移动式配装在框架体的前端开口处；封闭式房体的左面墙体和右面墙体内端面、自下而上分别设置一等距阶梯，封闭式房体的地面上以宽度方向的中轴线为基准设置有等距且平行的若干标记线；地面的中部以宽度方向的中轴线为车辆中轴线对称设置放置车辆轮胎的轮胎参考标记；
采用上述车用激光雷达自动标定装置进行标定的方法，具体包括以下步骤：
A.车辆到达封闭式房体内指定的轮胎参考标记处后，保持车身与左右两侧墙体平行，将所有要进行标记的激光雷达分别通过数据线与PC机连接，PC机上显示与封闭式房体内的标记线以及等距阶梯边线形成的窗格线条相吻合的基准标定界面；
B.采集各激光雷达数据，在基准标定界面上显示雷达点云数据，根据与基准标定界面上标记线的偏差计算得到各激光雷达的要标定的偏差；
C.根据步骤B计算的偏差值，依次按照俯仰、翻滚和航向的顺序进行参数的标定；所述航向的标定方法为：图象二值法、逼近法或者最小二乘法；
D.标定完成后，再次读入各激光雷达的点云数据，验证是否与基准标定界面的窗格线条吻合，如吻合则标定完成。
2.根据权利要求1所述的一种车用激光雷达自动标定装置，其特征在于：等距阶梯的高度为40-90cm，相邻阶梯的宽度差和高度差均为10cm。
3.根据权利要求1所述的一种车用激光雷达自动标定装置，其特征在于：相邻标记线间的间距为10cm。
4.根据权利要求1所述的一种车用激光雷达自动标定装置，其特征在于：位于地面后端的轮胎参考标记尾端设置有防止车辆超限的限位块。
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