CN112082484A - 一种基于单线激光雷达检测工程车车身偏移的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于单线激光雷达检测工程车车身偏移的装置及方法，包括单线激光雷达、工程车、工控机，单线激光雷达安倾斜装于工程车头部，通过设置IP地址，将工控机与激光雷达通过网线相连。对激光雷达进行外参标定，将激光雷达坐标系转换到工程车的坐标系下。通过特定区域的选取，提取工程车车身上的特征点云，最后基于最小二乘法对特征点进行直线拟合，并求得斜率。本发明能实现对工程车车身偏移的检测，抗干扰性好，检测精度高。
Description
技术领域
本发明属于无人驾驶环境感知的技术领域，尤其涉及一种基于单线激光雷达检测工程车车身偏移的装置及方法。
背景技术
随着人工智能、传感器技术、激光雷达感知领域的发展，基于激光雷达的一些技术慢慢走近人类的生活当中。工程车车头与工程车车身偏移检测目前多采用编码器读取角位移，此类方法主要是将角位移转换为电信号，再把信号转换为技术脉冲从而获取位移的大小，但是基于此类方法所采集的信号会受到多种因素的干扰，例如光栅污染、编码器安装松动等，从而影响到最终检测的精度。对于实际的工程应用，工程车车头与工程车车身之间如果存在偏移，不仅会降低工作效率，而且对于安全性也会造成很大的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种基于单线激光雷达检测工程车车身偏移的装置及方法，通过单线激光雷达，不仅在检测中受其他因素的干扰小，而且基于点云数据能够保证每一次的检测精度。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于单线激光雷达检测工程车车身偏移的装置，其特征在于，包括单线激光雷达和工控机，所述单线激光雷达与所述工控机通过网线相连，单线激光雷达以一定俯仰角安装在工程车顶部。
按上述方案，所述俯仰角选取范围为5°～15°之间。
一种基于单线激光雷达检测工程车车身偏移的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1)设备安装与通信：单线激光雷达以一定角度倾斜着安装在工程车的顶部，并且以工程车车身方向为激光雷达坐标系x轴正方向，在工控机设置好IP地址后，通过网线与单线激光雷达通信，打开可视化界面确保能够接收到激光雷达消息；
S2)单线激光雷达标定：将激光雷达坐标系转换到工程车车体的坐标系下，以便检测工程车车身的角度信息。激光雷达扫描角度为0时工程车的指向为工程车坐标系X轴的方向，Z轴方向为指向工程车上方的方向，XYZ轴的构成右手坐标系，将单线激光雷达的扫描点投影到坐标面和坐标轴，从而得到投影点在工程车坐标系下的坐标，实现坐标系的转换完成标定；
S3)感兴趣区域的选取：标定之后，激光雷达坐标系转换到工程车坐标系下，基于PCL库，通过设定x，y的阈值，选择打在工程车车身上点作为特征点，并保存到容器中为后续拟合做准备；
S4)最小二乘法拟合拟合特征点：根据选定的特征点基于最小二乘法求出点集的函数
y＝f(x)，假设方程为：y＝kx+b，已知特征点点集(x1，x2)…(xi，yi)，根据函数求点到直线的误差平方和，具体公式：
，根据极值原理，分别对k，b求导，解k，b的值使得误差最小，经过上述步骤，将特征点拟合，并且可以求得直线的斜率，从而判断工程车车身在工程车坐标系下是否存在偏移。
本发明的有益效果是：提供一种基于单线激光雷达检测工程车车身偏移的装置及方法，不仅不受环境等因素的干扰，而且基于激光雷达的点云信息，能够保证每一次的测量精度，在工程当中检测工程车车身的偏移具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明一个实施例的检测工程车车身偏移方法的流程图。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明进一步的描述。
一种基于单线激光雷达检测工程车车身偏移的装置，包括单线激光雷达和工控机，单线激光雷达与工控机通过网线相连，单线激光雷达以一定俯仰角安装在工程车顶部，俯仰角选取范围为5°～15°之间。
如图1所示，基于单线激光雷达检测工程车车身偏移方法包括以下步骤：
S1)设备安装与通信：单线激光雷达以一定角度倾斜着安装在工程车的顶部，并且以工程车车身方向为激光雷达坐标系x轴正方向，在工控机设置好IP地址后，通过网线与单线激光雷达通信，打开可视化界面确保能够接收到激光雷达消息；
S2)单线激光雷达标定：将激光雷达坐标系转换到工程车车体的坐标系下，以便检测工程车车身的角度信息。激光雷达扫描角度为0时工程车的指向为工程车坐标系X轴的方向，Z轴方向为指向工程车上方的方向，XYZ轴的构成右手坐标系，将单线激光雷达的扫描点投影到坐标面和坐标轴，从而得到投影点在工程车坐标系下的坐标，实现坐标系的转换完成标定；
S3)感兴趣区域的选取：标定之后，激光雷达坐标系转换到工程车坐标系下，基于PCL库，通过设定x，y的阈值，选择打在工程车车身上点作为特征点，并保存到容器中为后续拟合做准备；
S4)最小二乘法拟合拟合特征点：根据选定的特征点基于最小二乘法求出点集的函数y＝f(x)，假设方程为：y＝kx+b，已知特征点点集(x1，x2)…(xi，yi)，根据函数求点到直线的误差平方和，具体公式：
根据极值原理，分别对k，b求导，解k，b的值使得误差最小，经过上述步骤，将特征点拟合，并且可以求得直线的斜率，从而判断工程车车身在工程车坐标系下是否存在偏移。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所做的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于单线激光雷达检测工程车车身偏移的装置，其特征在于，包括单线激光雷达和工控机，所述单线激光雷达与所述工控机通过网线相连，单线激光雷达以一定俯仰角安装在工程车顶部。
2.根据上述权利要求1所述的一种基于单线激光雷达检测工程车车身偏移的装置，其特征在于，所述俯仰角选取范围为5°～15°之间。
3.一种基于单线激光雷达检测工程车车身偏移的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1)设备安装与通信：单线激光雷达以一定角度倾斜着安装在工程车的顶部，并且以工程车车身方向为激光雷达坐标系x轴正方向，在工控机设置好IP地址后，通过网线与单线激光雷达通信，打开可视化界面确保能够接收到激光雷达消息；
S2)单线激光雷达标定：将激光雷达坐标系转换到工程车车体的坐标系下，以便检测工程车车身的角度信息。激光雷达扫描角度为0时工程车的指向为工程车坐标系X轴的方向，Z轴方向为指向工程车上方的方向，XYZ轴的构成右手坐标系，将单线激光雷达的扫描点投影到坐标面和坐标轴，从而得到投影点在工程车坐标系下的坐标，实现坐标系的转换完成标定；
S3)感兴趣区域的选取：标定之后，激光雷达坐标系转换到工程车坐标系下，基于PCL库，通过设定x，y的阈值，选择打在工程车车身上点作为特征点，并保存到容器中为后续拟合做准备；
S4)最小二乘法拟合拟合特征点：根据选定的特征点基于最小二乘法求出点集的函数y＝f(x)，假设方程为：y＝kx+b，已知特征点点集(x1,x2)…(xi,yi),根据函数求点到直线的误差平方和，具体公式：
根据极值原理，分别对k,b求导，解k，b的值使得误差最小，经过上述步骤，将特征点拟合，并且可以求得直线的斜率，从而判断工程车车身在工程车坐标系下是否存在偏移。
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