CN111796248B - 一种激光雷达和毫米波雷达的联合标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光雷达和毫米波雷达的联合标定方法，包括以下步骤：在所述毫米波雷达和激光雷达共同感知区域内，设置可沿垂直方向移动的角反射器；所述激光雷达输出相应线束的点云信息，根据所述角反射器的前后空间位置关系，得到角反射器的顶点在激光雷达坐标系中角的空间坐标，根据所述毫米波雷达输出的原始点云信息，得到所述角反射器的顶点在毫米波雷达坐标系中的空间坐标；移动所述角反射器，得到所述角反射器在不同位置时的多组标定数据；根据所述标定数据找到激光雷达坐标系与毫米波雷达坐标系的对应关系。本发明可进行自动标定，消除了人为因素干扰，提高了标定效率，能够满足大规模部署或量产要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光雷达和毫米波雷达的联合标定方法，属于自动驾驶技术领域。
背景技术
目前自动驾驶车辆普遍使用多种传感器进行物体感知及定位，其中激光雷达和毫米波雷达是最常用的传感器。在多传感器探测系统中，要有一个统一的坐标系，因此在使用毫米波雷达和激光雷达进行传感器融合前必须对两种传感器进行联合空间标定，以确保两种传感器获得的数据有一个统一的参照标，并能互相转换，但目前缺少成熟的联合标定方法对两个传感器进行高精度标定。
由于激光雷达和毫米波雷达的特性差异较大，直接通过算法利用二者点云输出进行自动标定算法开发难度大。目前行业内通用的方法多为采用测量传感器的安装位置及姿态，进而得出二者相对位置关系（即基于某个统一坐标系之间的坐标转换关系），再由人员借助可视化工具，进行手动调整。此种方法标定精度低，效果不稳定，因此大大降低了标定效率，并不适用于大规模部署或量产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种对激光雷达和毫米波雷达进行高效率标定的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种激光雷达和毫米波雷达的联合标定方法，在毫米波雷达的感知范围内安装可在空间进行垂直移动的角反射器，所述角反射器的顶点处安装有用于接收激光雷达所发出光束的感光单元；所述方法包括以下步骤：
步骤一、在所述毫米波雷达和激光雷达共同感知区域内，垂直方向移动角反射器，使得感光单元刚好位于激光雷达的某一光束上；
步骤二、所述激光雷达输出相应光束的点云信息，根据所述角反射器的前后空间位置关系，从而得到所述角反射器两个边缘点的坐标，而所述角反射器的顶点为上述两个边缘点的中点，进而得到角反射器的顶点在激光雷达坐标系中的空间坐标；
同时，所述毫米波雷达输出原始点云信息，所述原始点云信息的强反射点即为角反射器的顶点位置，从而得到所述角反射器的顶点在毫米波雷达坐标系中的空间坐标；
所述角反射器的顶点在激光雷达坐标系中的空间坐标以及在毫米波雷达坐标系中的空间坐标构成一组标定数据；
步骤三、移动所述角反射器，多次重复执行步骤一和步骤二，得到所述角反射器在不同位置时的多组标定数据；
步骤四、根据所述标定数据找到激光雷达坐标系与毫米波雷达坐标系的对应关系，完成激光雷达、毫米波雷达的联合标定。
角反射器通常又名雷达反射器，它是通过金属板材根椐不同用途做成的不同规格的雷达波反射器。当雷达电磁波扫描到角反射后，电磁波会在金属角上产生折射放大，产生很强的回波信号，在雷达的屏幕上出现很强的回波目标。由于角反射器有极强的反射回波特性，所以被广泛应用于军事、船舶遇险救生等领域。
本发明使用一个角反射器作为目标点（基准点），在角反射器的顶点安装有感光单元，该感光单元可接收激光雷达发出的相应波长的红外光，角反射器安装在相应的机械装置上，该机械装置可以控制角反射器在空间进行移动。通过垂直方向的移动使得感光单元刚好可以接收到激光雷达的红外光，即可使该角反射器的顶点刚好位于激光雷达的光束上，借由该光束上点云空间位置关系，即可计算出角反射器在激光雷达空间坐标系中的位置，而此时毫米波雷达点云中同样可以得到该角反射器的空间坐标点，通过移动角反射器的位置，采集多组标定数据后，即可得到激光雷达及毫米波雷达二者坐标系的变换矩阵（即平移和旋转矩阵），进而得到二者空间位置关系，完成两者的联合标定。
本发明可以同时对激光雷达和毫米波雷达的原始点输出进行高精度定位，通过该定位信息可以计算出两者的相对位置关系，其定位精度可以达到激光雷达的点云分辨率，相比现有技术大大提升。同时，本发明借由角反射器作为中介，可对激光雷达和毫米波雷达进行自动标定，因此消除了人为因素干扰，提高了标定效率，可实现传感器的自动化高精度标定，能够满足大规模部署或量产要求。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是角反射器的主视图。
图3是角反射器的立体图。
附图标记：1、角反射器；2、感光单元；3、机械移动单元；4、激光雷达；5、毫米波雷达；6、红外光。
具体实施方式
实施例
本实施例中，如图1-3所示，激光雷达4和毫米波雷达5固定安装在电动汽车的预定位置，两者之间的相对位置固定，在毫米波雷达5的感知范围内安装可在空间进行垂直移动的角反射器1，所述角反射器1的顶点处安装有用于接收激光雷达5所发出红外光6的感光单元2。
其中，角反射器1可以在24GHz或77GHz毫米波雷达的感知范围内，形成强反射点，角反射器规格需要大于0db小于20db，最好采用10db角反射器。感光单元2可以接收激光雷达4发出的红外光6，例如905nm或1550nm。该感光单元可以为点感光单元或线感光单元或面感光单元。如为点感光单元，则其尺寸需小于等于激光雷达的空间分辨率；如为线或面感光单元，则其分辨率需小于等于激光雷达的空间分辨率。
角反射器1安装在机械移动单元3上，该机械移动单元3可以控制该角反射器1在一定空间内移动。进一步，该机械移动单元垂直方向控制精度需小于等于激光雷达的空间分辨率，并可以控制角反射器在空间进行旋转，以控制角反射器的最强反射面朝向毫米波雷达。
本实施例中感光单元2及机械移动单元3与一个或多个控制单元连接，控制单元可通过感光单元的输出控制该机械移动单元进行移动。该控制单元同时与激光雷达及毫米波雷达连接，并接收二者的点云数据输出，通过机械移动单元3的移动，进而得到多组数据输入，该控制单元即可计算得到两者空间坐标系间的转换关系，即完成二者的联合标定。该标定结果可以保存为相应的文件，或通过网络发送至目标控制器。
本实施例的激光雷达和毫米波雷达的联合标定方法，包括以下步骤：
步骤一、在所述毫米波雷达和激光雷达共同感知区域内，垂直方向移动角反射器，使得感光单元刚好位于激光雷达的某一光束上；这一步骤根据感光单元的输出进行控制，根据感光单元类型的不同，例如采用点感光单元，则设定阈值，以一定的步长垂直移动，移动的频率与激光雷达扫描频率或输出频率相同，直到达到相应阈值；如采用线或面感光单元，则控制激光雷达中光线最强的光束对准角反射器的顶点，此时，线或面感光单元可以接收到一个范围内的红外光的强度，因此可以根据该结果控制机械移动装置对准其中心。
步骤二、所述激光雷达输出相应光束的点云信息，根据所述角反射器的前后空间位置关系，从而得到所述角反射器两个边缘点的坐标，而所述角反射器的顶点为上述两个边缘点的中点，进而得到角反射器的顶点在激光雷达坐标系中的空间坐标；
同时，所述毫米波雷达输出原始点云信息，所述原始点云信息的强反射点即为角反射器的顶点位置，从而得到所述角反射器的顶点在毫米波雷达坐标系中的空间坐标；
所述角反射器的顶点在激光雷达坐标系中的空间坐标以及在毫米波雷达坐标系中的空间坐标构成一组标定数据。一组标定数据分别表达的位置信息即对应空间内同一目标点，可以反映二者的空间位置对应关系。
步骤三、移动所述角反射器，多次重复执行步骤一和步骤二，得到所述角反射器在不同位置时的多组标定数据。通常来说，数据数量越多，则标定结果误差越小，精度提高。
步骤四、根据所述标定数据找到激光雷达坐标系与毫米波雷达坐标系的对应关系，完成激光雷达、毫米波雷达的联合标定。激光雷达坐标系与毫米波雷达坐标系的对应关系可以由多种类型的现有优化器进行求解，最终得到两者之间的转换矩阵。作为简化，由于平移向量对于感知精度影响较小，可以采用固定测量值，而仅对旋转矩阵进行求解，更进一步，如毫米波雷达没有垂直方向角度分辨能力，也可简化为仅对水平角进行求解。
需要说明的是，本实施例中毫米波雷达可以为多个，此时就需要分别或同时与目标激光雷达进行标定。实施时，需先完成激光雷达之间的联合标定，再选定单个激光雷达与单个或多个毫米波雷达进行标定，即可得到多激光雷达与多毫米波雷达间的空间位置对应关系。
此外，本实施例还可以作以下改进：所述机械移动单元与所述角反射器的机械连接部分设有毫米波吸波材料，所述毫米波吸波材料优选为吸波锥和/或含碳复合材料以防止该机械移动单元在毫米波雷达中形成目标点，进而干扰标定结果。
本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种激光雷达和毫米波雷达的联合标定方法，所述激光雷达和毫米波雷达固定安装在预定位置，其特征在于：在毫米波雷达的感知范围内安装可在空间进行垂直移动的角反射器，所述角反射器的顶点处安装有用于接收激光雷达所发出光束的感光单元；
所述方法包括以下步骤：
步骤一、在所述毫米波雷达和激光雷达共同感知区域内，垂直方向移动角反射器，使得感光单元刚好位于激光雷达的某一光束上；
步骤二、所述激光雷达输出相应光束的点云信息，根据所述角反射器的前后空间位置关系，从而得到所述角反射器两个边缘点的坐标，而所述角反射器的顶点为上述两个边缘点的中点，进而得到角反射器的顶点在激光雷达坐标系中的空间坐标；
同时，所述毫米波雷达输出原始点云信息，所述原始点云信息的强反射点即为角反射器的顶点位置，从而得到所述角反射器的顶点在毫米波雷达坐标系中的空间坐标；
所述角反射器的顶点在激光雷达坐标系中的空间坐标以及在毫米波雷达坐标系中的空间坐标构成一组标定数据；
步骤三、移动所述角反射器，多次重复执行步骤一和步骤二，得到所述角反射器在不同位置时的多组标定数据；
步骤四、根据所述标定数据找到激光雷达坐标系与毫米波雷达坐标系的对应关系，完成激光雷达、毫米波雷达的联合标定。
2.根据权利要求1所述的激光雷达和毫米波雷达的联合标定方法，其特征在于：所述感光单元采用点感光单元，步骤三中移动所述角反射器时，设定阈值，以预设的步长垂直移动，移动的频率与激光雷达扫描频率或输出频率相同，直到达到相应阈值。
3.根据权利要求1所述的激光雷达和毫米波雷达的联合标定方法，其特征在于：所述角反射器通过机械移动单元驱动移动。
4.根据权利要求3所述的激光雷达和毫米波雷达的联合标定方法，其特征在于：所述机械移动单元与所述角反射器的机械连接部分设有毫米波吸波材料。
5.根据权利要求4所述的激光雷达和毫米波雷达的联合标定方法，其特征在于：所述毫米波吸波材料为吸波锥或含碳复合材料。
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