CN110398751A - 基于激光雷达生成地图的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于激光雷达生成地图的系统及方法，系统包括：水平方向设置，第二激光雷达的发射端倾斜于水平方向设置，使得第二激光雷达的发射信号与第一激光雷达的发射信号的夹角为锐角；处理器；以及，存储器，用于存储处理器执行的计算机程序；其中，处理器用以执行：获取两个激光雷达的配置数据和标定信息；根据配置数据以及标定信息调整激光雷达的发射角度；根据激光雷达的发射信号获取探测区域的三维信息，并生成探测区域的地图。

Description

基于激光雷达生成地图的系统及方法

技术领域

本申请涉及信息处理技术领域，具体而言，涉及一种基于激光雷达生成地图的系统和方法。

背景技术

随着室内服务机器人的普及，多种不同的机器人在同一环境中协同运行变成挑战。其中一个关键点在于，如何采集制作出一套坐标系统一的地图，供不同的机器人共同使用。例如两个机器人，同样装配有一线激光雷达，但是其中一台的激光雷达的安装高度为20cm，而另外一台机器人的激光雷达安装高度为50cm。此时，如果要将这两台机器人部署在同一个环境中，则需要依据激光雷达的安装高度分别绘制生成两张独立的地图。但是这种情况会导致两张地图不能完全匹配到同一坐标系下，因而有可能导致两个机器人的相对定位不准确，从而导致协同合作的任务失败。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种基于激光雷达生成地图的系统和方法，用以解决地图不能完全匹配到同一坐标系下的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种基于激光雷达生成地图的系统，系统包括：两个激光雷达，用于发射扫描激光；其中，第一激光雷达发射端沿水平方向设置，第二激光雷达的发射端倾斜于水平方向设置，使得第二激光雷达的发射信号与第一激光雷达的发射信号的夹角为锐角；处理器；以及，存储器，用于存储处理器执行的计算机程序；其中，处理器用以执行：获取两个激光雷达的配置数据和标定信息；根据配置数据以及标定信息调整激光雷达的发射角度；根据激光雷达的发射信号获取探测区域的三维信息，并生成探测区域的地图。

在可选的实施方式中，配置数据包括：两个激光雷达的扫描频率、扫描宽度、出射角角度和位姿信息中的一个或多个。

在可选的实施方式中，标定信息包括：两个激光雷达的相对空间位置的标定和/或时间标定。

在可选的实施方式中，根据配置数据以及标定信息调整激光雷达的发射角度，包括：判断两个激光雷达的激光数据时间戳是否一致当激光数据时间戳一致时，则扫描激光数据重合，保留激光数据时间戳标定；当激光数据时间戳不一致时，则扫描激光数据不重合，更新当前激光数据时间戳标定；根据更新后的激光数据时间戳标定，调整激光数据对应的激光雷达的发射角度。

在可选的实施方式中，根据扫描激光获取三维信息，并生成地图，包括：当载体在探测区域中运动的过程中，生成第一雷达的激光点云在二维坐标系的中的二维栅格地图，二维栅格地图中包含载体在不同时间点的位置和姿态信息；基于标定信息确定三维信息中与二维栅格地图指示的二维平面相垂直的一维信息；采用一维信息对二维栅格地图进行切片式立体扫描，生成同时适用于二维坐标系和三维坐标系的地图。

第二方面，本发明实施例提供一种基于激光雷达生成地图的方法，包括：

获取两个激光雷达的配置数据和标定信息；

根据配置数据以及标定信息调整激光雷达的发射角度；

根据激光雷达的发射信号获取探测区域的三维信息，并生成探测区域的地图。

在可选的实施方式中，配置数据包括：两个激光雷达的扫描频率、扫描宽度、出射角角度和位姿信息中的一个或多个。在可选的实施方式中，标定信息包括：两个激光雷达的相对空间位置的标定和/或时间标定。

在可选的实施方式中，根据配置数据以及标定信息调整激光雷达的发射角度，包括：

判断两个激光雷达的激光数据时间戳是否一致；

当激光数据时间戳一致时，则扫描激光数据重合，保留激光数据时间戳标定；

当激光数据时间戳不一致时，则扫描激光数据不重合，更新当前激光数据时间戳标定；

根据更新后的激光数据时间戳标定，调整激光数据对应的激光雷达的发射角度。

在可选的实施方式中，根据扫描激光获取三维信息，并生成地图，包括：

当载体在探测区域中运动的过程中，生成第一雷达的激光点云在二维坐标系的中的二维栅格地图，二维栅格地图中包含载体在不同时间点的位置和姿态信息；

基于标定信息确定三维空间信息中与二维栅格地图指示的二维平面相垂直的一维信息；

采用一维信息对二维栅格地图进行切片式立体扫描，生成同时适用于二维坐标系和三维坐标系的地图。

在上述实现过程中，利用两个一线激光雷达，一个水平安装，另一个倾斜安装，能够生成出一套地图，能按照不同高度要求绘制出对应的地图版本，从而实现不同激光雷达安装高度的机器人在统一坐标系下可以精确的相互定位。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种基于激光雷达生成地图的系统示意图；

图2是本申请实施例提供的一种基于激光雷达生成地图的流程图；

图3为图2所示步骤S200的具体流程图；

图4为图2所示步骤S300的具体流程图。

图标：系统10，第一激光雷达100，第二激光雷达200，处理器300，存储器400。

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描述。

图1为本申请实施例提供的一种基于激光雷达生成地图的系统示意图，系统10包括：第一激光雷达100、第二激光雷达200、处理器300以及存储器400。第一激光雷达100、第二激光雷达200以及存储器400分别电性耦接于处理器300。两个激光雷达用于发射扫描激光。存储器400用于存储处理器300执行的计算机程序。

其中，处理器300用以执行：获取两个激光雷达的配置数据和标定信息；根据配置数据以及标定信息调整激光雷达的发射角度；根据激光雷达的发射信号获取探测区域的三维信息，并生成探测区域的地图。

于一实施例中，第一激光雷达100水平安装，第二激光雷达200倾斜安装，使得第二激光雷达200发射的扫描与第一激光雷达100发射的扫描激光的夹角为锐角。

于一实施例中，系统10中除两个一线激光雷达外，还可以包括一个6轴惯性导航单元IMU。承载上述系统10中装置的载体智能汽车、智能机器人以及其他可以移动的智能设备。

于一实施例中，处理器300可以是通用处理器，例如中央处理器(centralprocessing unit，CPU)，还可以是数字信号处理器(digital signal processing，DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。处理器300可处理通过通信接口接收到的数据。

通信接口用于服务器与其他网络设备进行通信，例如终端进行通信。通信接口可以是收发器、收发电路等，其中，通信接口是统称，可以包括一个或多个接口，例如终端与服务器之间的接口。通信接口可以包括有线接口和无线接口，例如标准接口、以太网、多机同步接口。

处理器300可用于读取和执行计算机可读指令。处理器300可用于调用存储于存储器400中的数据。当处理器300接收及/或传送讯号或数据时，其通过驱动或控制通信接口进行发送。

图2是本申请实施例提供的一种基于激光雷达生成地图的流程图，包括步骤S100-S300。

步骤S100：获取两个激光雷达的配置数据和标定信息。

于一实施例中，激光雷达通过配置数据进行发射扫描激光，配置数据可以包括扫描频率、扫描宽度、出射角角度等关于扫描激光的数据。配置数据可以藉由处理器300实时修改，也可以预先存储在存储器400中由处理器300调用。

于一实施例中，标定信息是可以包括相对空间位置的标定和时间标定。可以理解的是，通过标定信息可以保证在构建地图之前，两个激光雷达发出的扫描激光是相交的，且二者发布激光数据的时间也是同步的。

步骤S200：根据配置数据以及标定信息调整激光雷达的发射角度。

于一实施例中，配置数据可以包括位姿信息，位姿信息是装载雷达的智能设备所处的空间坐标，以及两个雷达发射扫描激光所具有的角度等。

步骤S300：根据激光雷达的发射信号获取探测区域的三维信息，并生成探测区域的地图。

于一实施例中，基于标定信息将位姿信息融合至三维空间信息中，生成同时适用于二维坐标系和三维坐标系的地图，相当于将二维栅格地图与三维空间信息进行拼接。可选的，上述系统10可以基于标定信息确定三维空间信息中与上述二维栅格地图指示的二维平面相垂直的一维信息，然后采用该一维信息对二维栅格地图进行切片式立体扫描，生成地图。

于一实施例中，时间戳是一份能够表示一份数据在一个特定时间点已经存在的完整的可验证的数据，激光雷达在时间戳所示的时刻发射的扫描激光，以及此时刻两雷达所处的空间位置都将被标定。

于一实施例中，装载有雷达的智能设备，在载体运动的过程中，上述系统10可以采用SLAM算法，生成第一雷达的激光点云在二维坐标系的中的二维栅格地图，该二维栅格地图中包含载体在不同时间点的位置和姿态信息，相当于上述位姿信息。

图3为图2所示步骤S200的具体流程图，步骤S200包括步骤S210-S230。

步骤S210：判断两个激光雷达的激光数据时间戳是否一致。

步骤S220：当激光数据时间戳一致时，则激光数据重合，保留激光数据时间戳标定。

步骤S230：当激光数据时间戳不一致时，则激光数据不重合，更新当前激光数据时间戳标定。

步骤S240：根据更新后的激光数据时间戳标定，调整激光数据对应的激光雷达的发射角度。

于一实施例中，相对空间位置的标定需要将传感器的载体放置于有特殊结构的空间场景下，例如有三个垂直面的墙角，持续移动的智能设备的位置，可以获取两个激光雷达实时的标定信息，并随时根据标定信息调整配置文件中位置姿态的参数。时间戳的标定，需要载体保持匀速的运动，观察移动状态下两个一线激光雷达的数据是否重合，同时修改激光雷达发布数据的时间戳。如在墙角按照一定速度原地旋转，假设静止状态下以完成相对位置的标定，则观察墙角处的激光数据，如果两个设备的时间戳同步，则两个激光观测到的墙角相互重合；否则，根据时间戳延迟的大小，会有不同程度的延迟问题，通过俯视效果图可以清晰观察到，此时就需要修改延迟的时间戳，使得两个激光雷达设备的时间戳统一。

于一实施例中，针对时间戳标定，需要载体保持匀速的运动，上述系统10可以检测移动状态下两个一线激光雷达的发布数据是否重合，若重合，可以记录此时的时间戳，然后根据该时间戳进行时间标定，即同时修改激光雷达发布数据的时间戳。

图4为图2所示步骤S300的具体流程图，步骤S300包括：

步骤S310：当载体在探测区域中运动的过程中，生成第一雷达的激光点云在二维坐标系的中的二维栅格地图，二维栅格地图中包含载体在不同时间点的位置和姿态信息；

步骤S320：基于标定信息确定三维空间信息中与二维栅格地图指示的二维平面相垂直的一维信息；

步骤S330：采用一维信息对二维栅格地图进行切片式立体扫描，生成同时适用于二维坐标系和三维坐标系的地图。

于一实施例中，基于标定信息将位姿信息融合至三维空间信息中，生成同时适用于二维坐标系和三维坐标系的地图，相当于将二维栅格地图与三维空间信息进行拼接。可选的，上述系统10可以基于标定信息确定三维空间信息中与上述二维栅格地图指示的二维平面相垂直的一维信息，然后采用该一维信息对二维栅格地图进行切片式立体扫描，生成地图。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统10，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

需要说明的是，功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于激光雷达生成地图的系统，其特征在于，包括：

两个激光雷达，用于发射扫描激光；其中，第一激光雷达发射端沿水平方向设置，第二激光雷达的发射端倾斜于所述水平方向设置，使得所述第二激光雷达的发射信号与所述第一激光雷达的发射信号的夹角为锐角；

处理器；以及，

存储器，用于存储处理器执行的计算机程序；其中，

处理器用以执行：

获取所述两个激光雷达的配置数据和标定信息；

根据所述配置数据以及所述标定信息调整所述激光雷达的发射角度；

根据所述激光雷达的发射信号获取探测区域的三维信息，并生成所述探测区域的地图。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述配置数据包括：所述两个激光雷达的扫描频率、扫描宽度、出射角角度和位姿信息中的一个或多个。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述标定信息包括：所述两个激光雷达的相对空间位置的标定和/或时间标定。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述根据所述配置数据以及所述标定信息调整所述激光雷达的发射角度，包括：

判断所述两个激光雷达的激光数据时间戳是否一致；

当所述激光数据时间戳一致时，则所述激光数据重合，保留激光数据时间戳标定；

当所述激光数据时间戳不一致时，则所述激光数据不重合，更新当前激光数据时间戳标定；根据更新后的所述激光数据时间戳标定，调整所述激光数据对应的激光雷达的发射角度。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述根据所述激光获取三维信息，并生成地图，包括：

当载体在所述探测区域中运动的过程中，生成所述第一激光雷达的激光点云在二维坐标系的中的二维栅格地图，所述二维栅格地图中包含所述载体在不同时间点的位置和姿态信息；

基于所述标定信息确定所述三维信息中与所述二维栅格地图指示的二维平面相垂直的一维信息；

采用所述一维信息对所述二维栅格地图进行切片式立体扫描，生成同时适用于二维坐标系和三维坐标系的地图。

6.一种基于激光雷达生成地图的方法，其特征在于，包括：

获取所述两个激光雷达的配置数据和标定信息；

根据所述配置数据以及所述标定信息调整所述激光雷达的发射角度；

根据所述激光雷达的发射信号获取探测区域的三维信息，并生成所述探测区域的地图。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述配置数据包括：所述两个激光雷达的扫描频率、扫描宽度、出射角角度和位姿信息中的一个或多个。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述标定信息包括：所述两个激光雷达的相对空间位置的标定和/或时间标定。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述根据所述配置数据以及所述标定信息调整所述激光雷达的发射角度，包括：

判断所述两个激光雷达的激光数据时间戳是否一致；

当所述激光数据时间戳一致时，则所述激光数据重合，保留激光数据时间戳标定；

当所述激光数据时间戳不一致时，则所述激光数据不重合，更新当前激光数据时间戳标定；

根据更新后的所述激光数据时间戳标定，调整所述激光数据对应的激光雷达的发射角度。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述扫描激光获取三维信息，并生成地图，包括：

当载体在所述探测区域中运动的过程中，生成所述第一激光雷达的激光点云在二维坐标系的中的二维栅格地图，所述二维栅格地图中包含所述载体在不同时间点的位置和姿态信息；

基于所述标定信息确定所述三维信息中与所述二维栅格地图指示的二维平面相垂直的一维信息；

采用所述一维信息对所述二维栅格地图进行切片式立体扫描，生成同时适用于所述二维坐标系和三维坐标系的地图。