CN112241015A - 一种单点激光雷达去除拖点的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及激光雷达数据处理领域，尤其涉及单点激光雷达去除拖点的方法。本申请包括如下步骤：S1、选择激光雷达测距模式；S2、采集、处理激光雷达测距数据，初步确定数据是否为异常数据；S3、异常数据确认、剔除，切换模式到区域扫描模式，根据激光雷达测距数据变化特性来确认S2步骤中数据是否为异常数据，确认为异常数据即剔除，得出真实测量值。本申请方法通过模式切换、选择激光雷达测距模式、采集、处理激光雷达测距数据，初步确定数据是否为异常数据，再根据激光雷达测距数据变化特性对初步确定的异常数据做进一步判断，剔除，能够在激光雷达静止或相对静止的情况下，去除拖点，提高测距精度。

Description

一种单点激光雷达去除拖点的方法
技术领域
本发明申请涉及激光雷达数据处理领域，尤其涉及单点激光雷达去除拖点的方法。
背景技术
单点激光雷达基于TOF（Time-of-Flight）即时间飞行法，采用相位法实现测距功能。具体为单点激光雷达发出经调制的近红外光，遇物体后反射，传感器通过计算调制红外光的发射、反射后产生的相位差，来换算与被测目标物体之间的距离，以产生深度信息。
目前，单点激光雷达在光斑打在多层障碍物时，会出现拖点问题，即光斑同时照射在两层障碍物上，这会造成距离值跳变或取远近距离的随机中间值的情况，导致测距不准。现有解决方法一般是通过移动雷达等待数据稳定的方法来避免拖点的发生，但是一方面存在激光雷达无法移动的情况，另一方面，当激光雷达移动的速度和方向与物体的移动速度、方向一致时，激光雷达和物体保持了相对静止的情况，这两种情况下，不能采用移动雷达的方式处理拖点。
发明内容
本申请实施例在于提出一种单点激光雷达去除拖点的方法，解决现有技术存在的当激光雷达静止或相对静止条件下，无法去除拖点的问题。
为达此目的，本发明申请实施例采用以下技术方案：
一方面， 一种单点激光雷达去除拖点的方法，包括如下步骤：
S1、选择激光雷达测距模式；
S2、采集、处理激光雷达测距数据，初步确定数据是否为异常数据；
S3、异常数据确认、剔除，切换模式到区域扫描模式，根据激光雷达测距数据变化特性来确认S2步骤中数据是否为异常数据，确认为异常数据即剔除，得出真实测量值。
在一种可能的实现方式中，所述的步骤S2包括如下步骤：
在100-300HZ频率下，采集5-300帧雷达测距数据，计算数据波动标准差，当数据波动标准差在1-3cm时，为正常数据输出；当数据波动标准差超过1-3cm时，将当前帧测量得到的雷达测距数据与已测量的数据最大值、最小值及中值比较，得出数据差值，若数据差值超出预存的误差值时，初步确定为异常数据。
在一种可能的实现方式中，所述的步骤S2包括如下步骤：
在100-200HZ频率下，采集50—100帧单点数据，计算数据波动标准差，当数据波动标准差在2-3cm时，为正常数据输出；当数据波动标准差超过2-3cm时，将当前帧测量得到的雷达测距数据与已测量的数据最大值、最小值及中值比较，得出数据差值，若数据差值超出预存的误差值时，初步确定为异常数据。
在一种可能的实现方式中，所述的预存误差值为：0.4-10米内误差小于等于4cm,10米-20米误差小于总距离的1%。
在一种可能的实现方式中，所述的步骤S3包括如下步骤：
初步确定异常数据后，切换模式到区域扫描模式，采集雷达测距数据，拟合数据变化图像，当数据变化图像为平滑曲线时，判定激光雷达处于快速移动中，此时数据为有效数据；当数据变化图像为离散的跳动的点时，判定激光光斑打在多层障碍物上，此时数据为异常数据，确认为异常数据即剔除，得出真实测量值。
在一种可能的实现方式中，单点激光雷达工作模式至少包括测距模式、区域扫描模式，其中测距模式噪声低，误差小，雷达准度高，用于测距；区域扫描模式用于查看目标区域内雷达测距数据变化。
在一种可能的实现方式中，所述的单点激光雷达去除拖点的方法，还包括剔除其他无效值，在剔除异常数据后，根据雷达的前后帧关系，识别近距离障碍物，判断当前距离的有效值，进一步剔除其他无效值。
在一种可能的实现方式中，所述的单点激光雷达去除拖点的方法，还包括室内外误差阈值、雷达能量强度的切换，室内外误差阈值、雷达能量强度的切换与模式切换同时进行，初步确定异常数据后，对室内外环境光数据进行采集，根据环境光数据切换室内外误差阈值、雷达能量强度。
在一种可能的实现方式中，所述的室内外误差阈值、雷达能量强度的切换包括：采集环境光数据，若环境光数据为50-1000，则认为在室外，将预存的误差阈值切换到室外误差阈值，雷达能量强度调整为室外雷达能量强度；若环境光数据无值或小于50时，则认为在室内，将预存的误差阈值切换到室内误差阈值，雷达能量强度调整为室内雷达能量强度。
在一种可能的实现方式中，所述的室内误差阈值为：0.4-10米内误差小于等于1.9cm,10米-20米误差小于总距离的0.3%；室外误差阈值为0.4-10米内误差小于等于4cm,10米-20米误差小于总距离的1%；所述的室内雷达能量强度为20-2047，室外雷达能量强度为30-2047。
本申请方法通过选择激光雷达测距模式、采集、处理激光雷达测距数据，初步确定数据是否为异常数据，再根据激光雷达测距数据变化特性对初步确定的异常数据做进一步判断，剔除，能够在激光雷达静止或相对静止的情况下，去除拖点，提高测距精度。
附图说明
图1是本申请实施例的流程示意图。
图2是本申请实施例的异常数据确认、剔除步骤的流程示意图。
图3是本申请实施例的加剔除其他无效值的流程示意图。
图4是本申请实施例的加室内外阈值、雷达能量强度切换的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本申请实施例。
如图1所示， 一种单点激光雷达去除拖点的方法，包括如下步骤：
S1、选择激光雷达测距模式；
S2、采集、处理激光雷达测距数据，初步确定数据是否为异常数据；
S3、异常数据确认、剔除，切换模式到区域扫描模式，根据激光雷达测距数据变化特性来确认S2步骤中数据是否为异常数据，确认为异常数据即剔除，得出真实测量值。
本申请方法通过模式切换、选择激光雷达测距模式、采集、处理激光雷达测距数据，初步确定数据是否为异常数据，再根据激光雷达测距数据变化特性对初步确定的异常数据做进一步判断，剔除，能够在激光雷达静止或相对静止的情况下，去除拖点，提高测距精度。
所述的步骤S2包括如下步骤：
在100-300HZ频率下，采集5-300帧雷达测距数据，计算数据波动标准差，当数据波动标准差在1-3cm时，为正常数据输出；当数据波动标准差超过1-3cm时，将当前帧测量得到的雷达测距数据与已测量的数据最大值、最小值及中值比较，得出数据差值，若数据差值超出预存的误差值时，初步确定为异常数据。
异常数据初步确定，需要做两步判断，先采集多帧雷达测距数据，统计计算雷达测距数据的数据波动标准差，看标准差值是不是落在预先设定的标准差范围内，在范围内时，说明测距数据的离散程度低，测距数据差别不大，这种情况下测距数据是正常数据。如果测距数据不在预定标准差范围内，说明其离散程度大，可能因为照射到多重障碍上拖点，造成数据偏差大，这时再将当前帧测量得到的雷达测距数据与已测量的数据最大值、最小值及中值比较，得出数据差值，将数据差值看与预存的误差值差多少，如果不超过预定的误差，还是正常数据，超出误差值初步确定为异常数据。
在100-300HZ频率下采集数据，采集5-300帧雷达测距数据，计算数据波动标准差，频率越低，采集帧数越多，标准差越准确，当数据波动标准差在1-3cm时，为正常数据输出。
所述的步骤S2包括如下步骤：
在100-200HZ频率下，采集50—100帧单点数据，计算数据波动标准差，当数据波动标准差在2-3cm时，为正常数据输出；当数据波动标准差超过2-3cm时，将当前帧测量得到的雷达测距数据与已测量的数据最大值、最小值及中值比较，得出数据差值，若数据差值超出预存的误差值时，初步确定为异常数据。
在100-200HZ频率下，采集50—100帧单点数据，同时兼顾准确性和算法的计算量。
所述的预存误差值为：0.4-10米内误差小于等于4cm,10米-20米误差小于总距离的1%。
预存误差超过这一范围，说明数据有明显的偏离，这时记录的数据可能是激光雷达快速移动造成的，也可能是光斑照射到多重障碍上造成的。需要做进一步判断。
如图2所示，所述的步骤S3包括如下步骤：
初步确定异常数据后，切换模式到区域扫描模式，采集雷达测距数据，拟合数据变化图像，当数据变化图像为平滑曲线时，判定激光雷达处于快速移动中，此时数据为有效数据；当数据变化图像为离散的跳动的点时，判定激光光斑打在多层障碍物上，此时数据为异常数据，确认为异常数据即剔除，得出真实测量值。
数据变化图像的拟合可由外接处理器进行，通过数据变化图像，可以直观判断数据是否为异常数据。
单点激光雷达工作模式至少包括测距模式、区域扫描模式，其中测距模式噪声低，误差小，雷达准度高，用于测距；区域扫描模式用于查看目标区域内雷达测距数据变化。
如图3所示，所述的单点激光雷达去除拖点的方法，还包括剔除其他无效值，在剔除异常数据后，根据雷达的前后帧关系，识别近距离障碍物，判断当前距离的有效值，进一步剔除其他无效值。
结合雷达的前后帧，可以发现、识别出近距离障碍物，将近距离障碍物剔除，进一步剔除无效值。具体来说，即区域扫描模式扫描到的数据中，噪声数据和坏点数据与其他大部分数据点不同则认为是坏点进行剔除。该技术为现有技术。
如图4所示，所述的单点激光雷达去除拖点的方法，还包括室内外误差阈值、雷达能量强度的切换，室内外误差阈值、雷达能量强度的切换与模式切换同时进行，初步确定异常数据后，对室内外环境光数据进行采集，根据环境光数据切换室内外误差阈值、雷达能量强度。
环境光强度对单点激光雷达测量结果影响很大，为了保证测量精度，还可以通过调整室内外误差阈值、雷达能量强度，来使激光雷达适应环境光。
所述的室内外误差阈值、雷达能量强度的切换包括：采集环境光数据，若环境光数据为50-1000，则认为在室外，将预存的误差阈值切换到室外误差阈值，雷达能量强度调整为室外雷达能量强度；若环境光数据无值或小于50时，则认为在室内，将预存的误差阈值切换到室内误差阈值，雷达能量强度调整为室内雷达能量强度。
所述的室内误差阈值为：0.4-10米内误差小于等于1.9cm,10米-20米误差小于总距离的0.3%；室外误差阈值为0.4-10米内误差小于等于4cm,10米-20米误差小于总距离的1%；所述的室内雷达能量强度为20-2047，室外雷达能量强度为30-2047。
以上结合具体实施例描述了本申请的技术原理。这些描述只是为了解释本申请的原理，而不能以任何方式解释为对本申请保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本申请的其它具体实施方式，这些方式都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单点激光雷达去除拖点的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、选择激光雷达测距模式；
S2、采集、处理激光雷达测距数据，初步确定数据是否为异常数据；
S3、异常数据确认、剔除，切换模式到区域扫描模式，根据激光雷达测距数据变化特性来确认S2步骤中数据是否为异常数据，确认为异常数据即剔除，得出真实测量值。
2.根据权利要求1所述的单点激光雷达去除拖点的方法，其特征在于，所述的步骤S2包括如下步骤：
在100-300HZ频率下，采集5-300帧雷达测距数据，计算数据波动标准差，当数据波动标准差在1-3cm时，为正常数据输出；当数据波动标准差超过1-3cm时，将当前帧测量得到的雷达测距数据与已测量的数据最大值、最小值及中值比较，得出数据差值，若数据差值超出预存的误差值时，初步确定为异常数据。
3.根据权利要求2所述的单点激光雷达去除拖点的方法，其特征在于，所述的步骤S2包括如下步骤：
在100-200HZ频率下，采集50—100帧单点数据，计算数据波动标准差，当数据波动标准差在2-3cm时，为正常数据输出；当数据波动标准差超过2-3cm时，将当前帧测量得到的雷达测距数据与已测量的数据最大值、最小值及中值比较，得出数据差值，若数据差值超出预存的误差值时，初步确定为异常数据。
4.根据权利要求2或3所述的单点激光雷达去除拖点的方法，其特征在于，所述的预存误差值为：0.4-10米内误差小于等于4cm,10米-20米误差小于总距离的1%。
5.根据权利要求4所述的单点激光雷达去除拖点的方法，其特征在于，所述的步骤S3包括如下步骤：
初步确定异常数据后，切换模式到区域扫描模式，采集雷达测距数据，拟合数据变化图像，当数据变化图像为平滑曲线时，判定激光雷达处于快速移动中，此时数据为有效数据；当数据变化图像为离散的跳动的点时，判定激光光斑打在多层障碍物上，此时数据为异常数据，确认为异常数据即剔除，得出真实测量值。
6.根据权利要求5所述的单点激光雷达去除拖点的方法，其特征在于，单点激光雷达工作模式至少包括测距模式、区域扫描模式，其中测距模式噪声低，误差小，雷达准度高，用于测距；区域扫描模式用于查看目标区域内雷达测距数据变化。
7.根据权利要求6所述的单点激光雷达去除拖点的方法，其特征在于，还包括剔除其他无效值，在剔除异常数据后，根据雷达的前后帧关系，识别近距离障碍物，判断当前距离的有效值，进一步剔除其他无效值。
8.根据权利要求7所述的单点激光雷达去除拖点的方法，其特征在于，还包括室内外误差阈值、雷达能量强度的切换，室内外误差阈值、雷达能量强度的切换与模式切换同时进行，初步确定异常数据后，对室内外环境光数据进行采集，根据环境光数据切换室内外误差阈值、雷达能量强度。
9.根据权利要求8所述的单点激光雷达去除拖点的方法，其特征在于，所述的室内外误差阈值、雷达能量强度的切换包括：采集环境光数据，若环境光数据为50-1000，则认为在室外，将预存的误差阈值切换到室外误差阈值，雷达能量强度调整为室外雷达能量强度；若环境光数据无值或小于50时，则认为在室内，将预存的误差阈值切换到室内误差阈值，雷达能量强度调整为室内雷达能量强度。
10.据权利要求9所述的单点激光雷达去除拖点的方法，其特征在于，所述的室内误差阈值为：0.4-10米内误差小于等于1.9cm,10米-20米误差小于总距离的0.3%；室外误差阈值为0.4-10米内误差小于等于4cm,10米-20米误差小于总距离的1%；所述的室内雷达能量强度为20-2047，室外雷达能量强度为30-2047。
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