CN112782675A - 扫描激光雷达的误差校正方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的优选实施例的扫描激光雷达的误差校正方法，包括：在所述扫描激光雷达的多个激光发射时间点中指定最初发射时间点的初始值设置步骤；在多个激光发射时间点中指定所述最初发射时间点以后的激光发射时间点的指定值增加步骤；对预设的误差算法适用所述被指定的激光发射时间点判断所述测量时间间隔是否有误差的误差判断步骤；以及若判断在所述测量时间间隔发生误差，则利用预设的校正算法校正所述测量时间间隔的误差的误差校正步骤。

Description

扫描激光雷达的误差校正方法
技术领域
本发明涉及一种激光雷达系统，作为一例涉及扫描激光雷达的误差校正方法。
背景技术
扫描激光雷达(Scanning LiDAR)使用电动机以等速度旋转，在等速度旋转的过程中发射激光(Laser)，并接收从物体反射的反射光来测量在旋转角度内的物体的位置信息。如此获得的物体的位置信息由从基准位置的角度信息(degree)和距离信息(distance)而组成。
为了准确地判断物体所在的位置，扫描激光雷达必须以非常短的时间间隔发射激光，为此，使用激光雷达控制装置的计时器中断(Timer Interrupt)或半导体。
然而，当由于计时器中断的中断任务(Interrupt task)过多或半导体操作速度的降低而无法以预定的时间间隔发射激光时，会发生在物体的位置信息发生失真而在扫描测量结果上出现失真现象的问题。
在先技术文件
专利文件
专利文件1韩国授权专利第10-1962398号
发明内容
于是，本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种扫描激光雷达的误差校正方法，其使用TDC测量在通过电动机以等速度旋转的过程中应以规定的时间间隔发射激光的扫描激光雷达的测量时间间隔，并且判断测量时间间隔是否有误差，在发生误差时，通过校正物体的测量位置，从而防止在测量结果发生失真。
为达成所述目的，根据本发明的优选实施例的扫描激光雷达的误差校正方法，其为至少一部分通过电动机旋转驱动的扫描激光雷达的误差校正方法，其特征在于，包括：计算所述扫描激光雷达的理论测量时间间隔即时间间隔期望值和所述扫描激光雷达的实际测量时间间隔即时间间隔测量值之间的测量时间误差的误差判断步骤；以及根据所述测量时间误差校正所述扫描激光雷达的测量位置的误差校正步骤。
还可以包括：在用于计算所述时间间隔测量值的所述扫描激光雷达的多个激光发射时间点中指定最初发射时间点的初始值设置步骤；以及在所述多个激光发射时间点中指定所述最初发射时间点以后至少一个激光发射时间点的指定值增加步骤。
所述误差判断步骤，可以求所述被指定的激光发射时间点和根据所述时间间隔期望值的激光发射时间点之差，再次求该差结果和根据所述时间间隔期望值的激光发射时间点之差，然后计算其结果的绝对值。
所述误差判断步骤中，在所述绝对值超过容许误差时，可以判断为在所述时间间隔测量值发生了误差。
在所述误差判断步骤中，可根据基于以下数学式的误差算法判断所述时间间隔测量值是否有误差；
[数学式]
|(ti-te)-te|＞tc
其中，数学式中，ti是根据时间间隔测量值的激光发射时间点，te是根据时间间隔期望值的激光发射时间点，tc是容许误差。
在所述误差校正步骤中，可以利用所述被指定的激光发射时间点和根据所述时间间隔期望值的激光发射时间点计算误差比，将所述误差比适用于预设的校正算法来校正所述扫描激光雷达的测量位置。
在所述误差校正步骤中，可以求所述被指定的激光发射时间点和根据所述时间间隔期望值的激光发射时间点之差，将该差结果除以根据所述时间间隔期望值的激光发射时间点来计算所述误差比。
在所述误差校正步骤中，可根据以下数学式计算所述误差比；
[数学式]
r＝(ti-te)/te
其中，数学式中，r是误差比，ti是所述被指定的激光发射时间点，te是根据时间间隔期望值的激光发射时间点。
在所述误差校正步骤中，可以利用根据所述时间间隔期望值的激光发射角度和所述误差比来计算对应于所述被指定的激光发射时间点的激光发射角度。
在所述误差校正步骤中，求根据所述时间间隔期望值的激光发射角度和在所述最初发射时间点的激光发射角度之差，对该差乘所述误差比，并在该乘值相加在所述最初发射时间点的激光发射角度，从而，可以计算出对应于所述被指定的激光发射时间点的激光发射角度。
所述误差校正步骤可以根据基于以下数学式的所述校正算法计算对应于所述被指定的激光发射时间点的激光发射角度；
[数学式]
d(i)＝(de-d0)×r+d0,
其中，数学式中，d(i)是在根据变数i的激光发射时间点经误差校正的激光发射角度，de是根据时间间隔期望值的激光发射角度，d0是在最初激光发射时间点t0的激光发射角度，r是误差比。
所述指定值增加步骤，在所述误差判断步骤或所述误差校正步骤以后可以重新指定所述被指定的激光发射时间点以后至少一个激光发射时间点。
可以重复执行所述指定值增加步骤、所述误差判断步骤、所述误差校正步骤直到对在所述多个激光发射时间点中的最后激光发射时间点判断及校正误差为止。
发明效果
根据本发明的优选实施例的扫描激光雷达的误差校正方法，具有当在测量时间间隔中发生误差时，通过校正物体的测量位置，从而，可以预先防止因测量时间间隔的误差而发生的扫描激光雷达的测量结果发生失真的效果。
另外，具有可以广泛应用于二维扫描、三维扫描及激光雷达等的效果。
另外，具有当应用于自动驾驶车辆时，可以预防由于扫描激光雷达的测量结果(路况)的失真而导致事故的效果。
附图说明
图1A至图1C是示出用于说明在扫描激光雷达的测量结果上发生失真的情况的图。
图2是根据本发明的优选实施例的扫描激光雷达的框图。
图3是示出时间间隔期望值和时间间隔测量值的比较说明图。
图4是用于说明校正扫描激光雷达的测量时间间隔的误差的图。
图5是根据本发明的优选实施例的扫描激光雷达的误差校正方法的顺序图。
100：扫描激光雷达，110：光发射部，120：距离测量部，130：误差校正部
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的优选实施例。首先，应注意在对各图中的构成要素标注附图标记时，对相同的构成要素即便是表示在不同的图上也标注相同的附图标记。下面，将说明本发明的优选实施例，但是，本发明的技术构思并不局限于此，可由本发明的普通技术人员变形实施为各种形态。
图1A至图1C是用于说明扫描激光雷达的测量结果上发生失真的情况的图。图1A是示出一般的扫描激光雷达的物体测量情况的图。图1B是示出根据扫描激光雷达的测量时间间隔的误差的物体测量情况的图。图1C是示出根据扫描激光雷达的测量时间间隔的误差而发生失真的测量结果的图。
在图1A中，扫描激光雷达100通过电动机驱动以等速度旋转。扫描激光雷达100在以等速度旋转的过程中以规定的时间间隔发射激光L，接收撞击在物体OB的表面点P反射而来反射光来获取物体OB的准确的位置信息。物体OB的位置信息包括从基准位置的角度信息θ和距离信息D。
另一方面，在图1B中，扫描激光雷达100根据由于计时器中断的中断任务过多或半导体操作速度的降低而产生误差的测量时间间隔发生激光L。扫描激光雷达100在等速度旋转过程中根据发生误差的测量时间间隔发射激光L，并接收撞击物体OB的表面点P反射而来的反射光来获取物体OB的位置信息。此时，在获取的物体OB的位置信息中会发生失真。
在图1C中，扫描激光雷达100获取被失真的物体ER的位置信息，而不是物体OB的实际位置信息。这种被失真的物体ER的位置信息在应用扫描激光雷达100的技术领域中会引起严重的问题，因此需要准确的校正。
下面，将说明通过感应测量时间间隔的误差发生并对其进行校正，从而，可以防止获得被失真的物体的位置信息的扫描激光雷达的结构。
图2是根据本发明的优选实施例的扫描激光雷达的框图。
参照图2，根据本发明的优选实施例的扫描激光雷达100，可以包括：光发射部110、距离测量部120及误差校正部130。除了上述结构之外，扫描激光雷达100，还可以包括：光接收部(省略图示)，用于接收反射光；预处理部(省略图示)，用于预处理从光接收部接收的反射光；以及电动机(省略图示)，用于旋转驱动扫描激光雷达100。下面将省略对扫描激光雷达100的一般结构的详细描述。
光发射部110产生激光脉冲信号。光发射部110可以控制激光二极管(省略图示)使得发射与激光脉冲信号相对应的激光。此时，光发射部110可以将激光脉冲信号传送到距离测量部120。藉此，光发射部110可以根据激光脉冲信号向距离测量部120提供激光发射时间。
距离测量部120可以利用激光发射时间点和激光接收时间点之间的时间间隔来测量物体的位置信息。在一实施例中，距离测量部120可以被构成为利用时间数字转换器(TDC)来测量到物体的距离。
距离测量部120可以从光发射部110接收多个激光脉冲信号。距离测量部120可以通过从光发射部110接收的多个激光脉冲信号来计算多个激光发射时间点。距离测量部120可以利用多个激光发射时间点来计算测量时间间隔。下面，将在距离测量部120计算出的测量时间间隔定义为时间间隔测量值。
误差校正部130可以判断在距离测量部120计算的时间间隔测量值的适合性。误差校正部130可以拥有基于用于旋转扫描激光雷达130的电动机的动作(旋转)速度和分辨率(Resolution)的对测量时间间隔的时间间隔期望值。误差校正部130可以利用时间间隔期望值来判断在距离测量部120计算的时间间隔测量值是否有误差。当时间间隔测量值中发生误差时，误差校正部130可以通过预设的校正算法来校正时间间隔测量值的误差。误差校正部130可以将经误差校正的时间间隔测量值发送到距离测量部120。距离测量部120可以基于经误差校正的时间间隔测量值来测量物体的位置信息。
图3是时间间隔期望值和时间间隔测量值的比较说明图。
参照图3，如上所述，误差校正部130可以根据电动机的动作速度和分辨率来估计对一次测量时间间隔的时间间隔期望值，并且，误差校正部130所拥有的时间间隔期望值是从t0到t1的时间。在一实施例中，假设在距离测量部120从光发射部110接收多个激光脉冲信号而计算的时间间隔测量值为从t0到t2的时间。此时，误差比为r＝t2/t1。
当在距离测量部120计算的时间间隔测量值发生误差时，对物体位置信息的扫描激光雷达100的测量结果以等间隔输出到屏幕上，或者在使用测量结果的其他运算程序中发生错误。
下面，将说明用于防止上述问题的时间间隔测量值的误差校正方法。
图4是用于说明在距离测量部120计算的时间间隔测量值的误差校正的图。参照图3及图4，可以确认t0时间点的测量角度(d0)(起始点)、t1时间点的测量角度(d1)(校正前的测量角度)及t2时间点的测量角度(d2)(实际角度或校正后的测量角度)。
此处，可以根据以下数学式1来计算在时间间隔测量值t2时间点的测量角度d2。
[数学式1]
d2＝(d1-d0)×r+d0
在数学式1中，d2是校正后的测量角度，d1是校正前的测量角度，d0是测量时间t0的测量角度，r是时间间隔测量值t2与时间间隔期望值t1的误差比。
误差校正部130可以根据上面的数学式1计算出在时间间隔测量值t2的测量角度d2。即，误差校正部130求在时间间隔期望值t1的测量角d1与在测量时间t0的测量角度d0的差值，将求得的差值乘以误差比r后，相加测量角度d0，从而，可以计算出在时间间隔测量值t2的测量角度d2。
距离测量部120可以利用所计算出的测量角度d2和时间间隔测量值t2来测量物体的准确的位置信息。
图5是根据本发明的优选实施例的扫描激光雷达的误差校正方法的顺序图。
参照图5，根据本发明的优选实施例的扫描激光雷达的误差校正方法，包括：变数设置步骤(S510)、初始值设置步骤(S520)、变数增加步骤(S530)、指定值增加步骤(S540)、误差判断步骤(S550)及误差校正步骤(S560)。
首先，在变数设置步骤(S510)中，当误差校正部130接收到从距离测量部120计算的时间间隔测量值时，可以设置在用于计算时间间隔测量值的多个激光发射时点中指定任一个的变数i。误差校正部130可以对变数i设置1指定最初激光发射时间点。
然后，在初始值设置步骤(S520)中，误差校正部130可以从多个激光发射时间点中指定最初发射时间点。在一实施例中，误差校正部130在多个激光发射时间点ti中可以设置与变数i所设置的变数值“1”相对应的最初发射时间点t1。另外，误差校正部130在激光发射角度中可以指定与最初发射时间点t1相对应的最初发射角度d1。
然后，在变数增加步骤(S530)中，误差校正部130，为了判断根据最初发射时间点和下一个激光发射时间点的测量时间间隔的误差，可以对变数i加1增加变数i。在一实施例中，对变数i所设置的变数值可以为“2”。在此，变数i可以通过反复执行步骤S530对应多个激光发射时间点的数量继续增加。
然后，在指定值增加步骤S540中，误差校正部130可以根据在变数增加步骤S530中变数值“1”增加的变数i重新指定激光发射时间点ti。在一实施例中，误差校正部130可以设置第i次发射的激光发射时间点ti。误差校正部130可以根据设置变数值“2”的ti指定第二激光发射时间点t2。然后，误差校正部130可以判断及校正根据最初发射时间点t1和第二激光发射时间点t2的测量时间间隔的误差。
然后，在误差判断步骤(S550)中，误差校正部130计算扫描激光雷达100的理论测量时间间隔即时间间隔期望值和扫描激光雷达100的实际测量时间间隔即时间间隔测量值之间的测量时间误差。在此之前，误差校正部130对预设的误差算法适用在步骤S540中指定的激光发射时间点ti来判断从距离测量部120接收的时间间隔测量值(测量时间间隔)是否有误差。
此处，误差算法可根据以下数学式2构成。
[数学式2]
|(ti-te)-te|＞tc
在数学式2中，ti是根据时间间隔测量值的激光发射时间点，te是根据时间间隔期望值的激光发射时间点，tc是容许误差。在此，容许误差tc可以根据用户的需要适当地设置。
误差校正部130求时间间隔测量值ti与时间间隔期望值tc的差，再次求该差与时间间隔期望值tc的差，然后计算所获得的结果的绝对值(测量时间误差)。当计算的绝对值超过容许误差tc时，误差校正部130可以判断在时间间隔测量值上发生误差。
然后，在误差校正步骤(S560)中，误差校正部130根据测量时间误差校正扫描激光雷达100的测量位置(激光发射角度)。若判断在时间间隔测量值中发生误差，则误差校正部130相应地计算出误差比，并且利用计算出的误差比重新计算与指定的激光发射时间点相对应的激光发射角度。
可以通过以下数学式3的校正算法来计算激光发射角度。此处，可以基于数学式1获得数学式3。
[数学式3]
d(i)＝(de-d0)×r+d0,
where，r＝(ti-te)/te
在数学式3中，d(i)是根据变数i的激光发射时间点经误差校正的激光发射角度，de是根据时间间隔期望值的激光发射角度，d0是在激光发射时间点(最初发射时间点)t0的激光发射角度，r是误差比，ti是根据时间间隔测量值的激光发射时间点，te是根据时间间隔期望值的激光发射时间点。
误差校正部130求根据时间间隔测量值的激光发射时间点ti与根据时间间隔期望值的激光发射时间点te的差，将该差的结果除以根据时间间隔期望值的激光发射时间点te来计算误差比。
另外，误差校正部130求根据时间间隔期望值的激光发射角度de和在激光发射时间点(最初发射时间点)t0的激光发射角度d0之差，对该差乘误差比r，对该乘值相加在激光发射时点t0的激光发射角度d0，从而，可以计算出在激光发射时点ti的激光发射角度d(i)。
然后，随着重复执行步骤S530至步骤S560，可以判断或校正多个激光发射时间点的另一个激光发射时间点和与之相对应的激光发射角的误差。直到对多个激光发射时间点中的最后一个激光发射时间点判断及校正误差为止反复执行步骤S530至步骤S560。
误差校正部130可以将计算出的激光发射角传送到距离测量部120。距离测量部120可以利用时间间隔测量值和在误差校正部130重新计算的激光发射角来获得准确的物体位置信息。
以上说明是例示说明本发明的技术思想而已，本发明所属技术领域的普通技术人员在不改变本发明的本质特性的范围内可以进行各种校正、变更及取代。因此，以上所述的实施例及附图是用于说明本发明的技术思想，而不限制本发明的技术思想，本发明的技术思想范围并不局限于这些实施例及附图。
如本领域技术人员可以理解的，根据本发明的步骤以及/或者操作可以以其他顺序、或者并列、或者为了其他特定的时间(epoch)等，在其他实施例中同时进行。
根据实施例，步骤以及/或者操作中的一部分或者全部可以利用存储在一个以上的非暂时性计算机可读介质中的指令、程序、交互式数据结构(interactive datastructure)、驱动客户端以及/或者服务器的一个以上的处理器至少完成或者执行一部分。一个以上的非暂时性计算机可读介质作为示例，可以是软件、固件、硬件以及/或者其任意组合。另外，本说明书中论述的“模块”的功能可以由软件、固件、硬件以及/或者其任意组合构成。

Claims (13)

1.一种扫描激光雷达的误差校正方法，其为至少一部分通过电动机旋转驱动的扫描激光雷达的误差校正方法，其特征在于，包括：
误差判断步骤，计算作为所述扫描激光雷达的理论测量时间间隔的时间间隔期望值和作为所述扫描激光雷达的实际测量时间间隔的时间间隔测量值之间的测量时间误差；以及
误差校正步骤，根据所述测量时间误差校正所述扫描激光雷达的测量位置。
2.根据权利要求1所述的扫描激光雷达的误差校正方法，其特征在于，还包括：
初始值设置步骤，在用于计算所述时间间隔测量值的所述扫描激光雷达的多个激光发射时间点中指定最初发射时间点；以及
指定值增加步骤，在所述多个激光发射时间点中指定所述最初发射时间点以后至少一个激光发射时间点。
3.根据权利要求2所述的扫描激光雷达的误差校正方法，其特征在于，所述误差判断步骤，求被指定的所述激光发射时间点和根据所述时间间隔期望值的激光发射时间点之差，再次求该差结果和根据所述时间间隔期望值的激光发射时间点之差，然后计算其结果的绝对值。
4.根据权利要求3所述的扫描激光雷达的误差校正方法，其特征在于，所述误差判断步骤中，在所述绝对值超过容许误差时，判断为在所述时间间隔测量值发生了误差。
5.根据权利要求2所述的扫描激光雷达的误差校正方法，其特征在于，在所述误差判断步骤中，根据基于以下数学式的误差算法判断所述时间间隔测量值是否有误差；
[数学式]
|(ti-te)-te|＞tC,
其中，数学式中，ti是根据时间间隔测量值的激光发射时间点，te是根据时间间隔期望值的激光发射时间点，tc是容许误差。
6.根据权利要求2所述的扫描激光雷达的误差校正方法，其特征在于，在所述误差校正步骤中，利用被指定的所述激光发射时间点和根据所述时间间隔期望值的激光发射时间点计算误差比，将所述误差比适用于预设的校正算法来校正所述扫描激光雷达的测量位置。
7.根据权利要求6所述的扫描激光雷达的误差校正方法，其特征在于，在所述误差校正步骤中求被指定的所述激光发射时间点和根据所述时间间隔期望值的激光发射时间点之差，将该差结果除以根据所述时间间隔期望值的激光发射时间点来计算所述误差比。
8.根据权利要求6所述的扫描激光雷达的误差校正方法，其特征在于，在所述误差校正步骤中，根据以下数学式计算所述误差比；
[数学式]
Γ＝(ti-te)/te
其中，数学式中，r是误差比，ti是被指定的所述激光发射时间点，te是根据时间间隔期望值的激光发射时间点。
9.根据权利要求6所述的扫描激光雷达的误差校正方法，其特征在于，在所述误差校正步骤中，利用根据所述时间间隔期望值的激光发射角度和所述误差比来计算对应于被指定的所述激光发射时间点的激光发射角度。
10.根据权利要求9所述的扫描激光雷达的误差校正方法，其特征在于，在所述误差校正步骤中，求根据所述时间间隔期望值的激光发射角度和在所述最初发射时间点的激光发射角度之差，对该差乘所述误差比，并在该乘值相加在所述最初发射时间点的激光发射角度，从而，计算出对应于所述被指定的激光发射时间点的激光发射角度。
11.根据权利要求9所述的扫描激光雷达的误差校正方法，其特征在于，所述误差校正步骤根据基于以下数学式的所述校正算法计算对应于所述被指定的激光发射时间点的激光发射角度；
[数学式]
d(i)＝(de-d0)×r+d0，
数学式中，d(i)是在根据变数i的激光发射时间点经误差校正的激光发射角度，de是根据时间间隔期望值的激光发射角度，d0是在最初激光发射时间点t0的激光发射角度，r是误差比。
12.根据权利要求2所述的扫描激光雷达的误差校正方法，其特征在于，所述指定值增加步骤，在所述误差判断步骤或所述误差校正步骤以后重新指定被指定的所述激光发射时间点以后至少一个激光发射时间点。
13.根据权利要求12所述的扫描激光雷达的误差校正方法，其特征在于，重复执行所述指定值增加步骤、所述误差判断步骤、所述误差校正步骤直到对在所述多个激光发射时间点中的最后激光发射时间点判断及校正误差为止。
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