CN112904315A - 一种激光雷达点云数据的校正方法、装置和介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光雷达点云数据的校正方法、装置和介质，所述方法包括：通过获取当前时刻的单帧激光雷达点云数据，以计算每一所述激光雷达线束的方向向量；根据所述激光雷达线束的方向向量，计算所述激光雷达线束的仰角。进而根据所述激光雷达线束的仰角和所述激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离；并以所述实际水平测量距离，更新所述激光雷达线束的测量距离，以得到校正后的单帧激光雷达点云数据。采用本发明实施例能将倾斜情况下测量的激光雷达点云数据，校正为与水平情况下测量的激光雷达点云数据一致，从而提升激光SLAM建图的精准性以及定位精度。

Description

一种激光雷达点云数据的校正方法、装置和介质
技术领域
本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种激光雷达点云数据的校正方法、装置和介质。
背景技术
在室内移动机器人定位导航问题中，由于GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem，全球导航卫星系统)数据的缺失，常常需要利用激光SLAM(simultaneous localization and mapping，同步定位与建图)技术来建立室内的二维地图，并在激光SLAM建图之后的定位过程中，采用单线激光雷达数据结合二维点云匹配技术来进行定位。
然而，在实施本发明过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：该定位技术依赖于激光雷达点云数据对二维水平面的距离测量精度。但是由于激光雷达基座的安装常常存在水平角度误差，并且其搭载的激光雷达机器人也有可能在倾斜面上运动，或者存在轮子磨损等情况，导致无法保证激光雷达处于精确的二维水平面上。这样会导致激光雷达点云数据对二维水平面的距离测量精度降低，从而导致激光SLAM建图和建立地图之后的定位精度下降。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种激光雷达点云数据的校正方法、装置和介质，能将倾斜情况下测量的激光雷达点云数据，校正为水平情况下测量的激光雷达点云数据，从而提升激光SLAM建图的精准性以及定位精度。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种激光雷达点云数据的校正方法，包括：
获取当前时刻的单帧激光雷达点云数据；其中，所述单帧激光雷达点云数据包括每一激光雷达线束的水平方位角和测量距离；
根据所述单帧激光雷达点云数据，计算每一所述激光雷达线束的方向向量；
根据所述激光雷达线束的方向向量，计算所述激光雷达线束的仰角；其中，所述仰角表示所述激光雷达线束与其对应的水平线束之间的夹角；所述水平线束为所述激光雷达线束在二维水平面上的投影；
根据所述激光雷达线束的仰角和所述激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离；并以所述实际水平测量距离，更新所述激光雷达线束的测量距离，以得到校正后的单帧激光雷达点云数据。
作为上述方案的改进，所述根据所述激光雷达线束的方向向量，计算所述激光雷达线束的仰角，具体为：
根据所述激光雷达线束的方向向量，通过以下计算公式，计算所述激光雷达线束的仰角：
Figure BDA0002893244240000021
其中，ei为所述激光雷达线束的仰角，ri为所述激光雷达线束的方向向量，i＝0,1,...,N，N为所述单帧激光雷达点云数据中的激光雷达线束的数量。
作为上述方案的改进，所述根据所述单帧激光雷达点云数据，计算每一所述激光雷达线束的方向向量，具体包括：
根据所述激光雷达线束的水平方位角，计算得到所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量；
采用预设的激光雷达基座的姿态估算器，估算当前时刻所述激光雷达线束对应的雷达基座的旋转姿态；
根据当前时刻所述雷达基座的旋转姿态，计算得到所述激光雷达线束所在的扫描平面的法向量；
计算所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量和所述激光雷达线束所在的扫描平面的法向量的向量积，得到所述激光雷达线束的方向向量。
作为上述方案的改进，所述根据所述激光雷达线束的水平方位角，计算得到所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量，具体包括：
根据所述激光雷达线束的水平方位角，根据计算公式rh,i＝[cos(ai),sin(ai),0]T，计算所述激光雷达线束对应的水平线束的方向向量；其中，rh,i为所述激光雷达线束对应的水平线束的方向向量，ai为所述激光雷达线束的水平方位角，i＝0,1,...,N，N为所述单帧激光雷达点云数据中的激光雷达线束的数量；
根据所述激光雷达线束对应的水平线束的方向向量，根据计算公式Nv,i＝[0 0 1]T×rh,i计算得到所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量；其中，Nv,i为所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量。
作为上述方案的改进，在所述根据所述激光雷达线束的方向向量，计算所述激光雷达线束的仰角之后，在所述根据所述激光雷达线束的仰角和所述激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离之前，所述方法还包括：
获取所述激光雷达线束对应的雷达基座的安装高度；
根据所述激光雷达线束的仰角、所述测量距离和所述雷达基座的安装高度，计算所述激光雷达线束所测量的物体点高度；
当所述物体点高度小于等于0时，将所述激光雷达线束作为无效激光雷达线束并过滤；当所述物体点高度大于0时，将所述激光雷达线束作为有效激光雷达线束；
则，所述根据所述激光雷达线束的仰角和所述激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离，具体为：
所述根据所述有效激光雷达线束的仰角和所述有效激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离。
作为上述方案的改进，所述根据所述激光雷达线束的仰角、所述测量距离和所述雷达基座的安装高度，计算所述激光雷达线束所测量的物体点高度，具体为：
根据所述激光雷达线束的仰角、所述测量距离和所述雷达基座的安装高度，通过以下计算公式，计算所述激光雷达线束所测量的物体点高度：
zi＝lisin(ei)+zh
其中，zi为所述激光雷达线束所测量的物体点高度，li为所述激光雷达线束的测量距离，ei为所述激光雷达线束的仰角，zh为所述雷达基座的安装高度。
作为上述方案的改进，所述预设的激光雷达基座的姿态估算器为IMU姿态估算器。
本发明实施例还提供了一种激光雷达点云数据的校正装置，包括：
数据获取模块，用于获取当前时刻的单帧激光雷达点云数据；其中，所述单帧激光雷达点云数据包括激光雷达线束的水平方位角和测量距离；
方向向量计算模块，用于根据所述单帧激光雷达点云数据，计算每一所述激光雷达线束的方向向量；
仰角计算模块，用于根据所述激光雷达线束的方向向量，计算所述激光雷达线束的仰角；其中，所述仰角表示所述激光雷达线束与其对应的水平线束之间的夹角；所述水平线束为所述激光雷达线束在二维水平面上的投影；
数据校正模块，用于根据所述激光雷达线束的仰角和所述激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离；并以所述实际水平测量距离，更新所述激光雷达线束的测量距离，以得到校正后的单帧激光雷达点云数据。
本发明实施例还提供了一种激光雷达点云数据的校正装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述的激光雷达点云数据的校正方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述任意一项所述的激光雷达点云数据的校正方法。
与现有技术相比，本发明公开的一种激光雷达点云数据的校正方法、装置和介质，通过获取当前时刻的单帧激光雷达点云数据，以计算每一所述激光雷达线束的方向向量；根据所述激光雷达线束的方向向量，计算所述激光雷达线束的仰角。进而根据所述激光雷达线束的仰角和所述激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离；并以所述实际水平测量距离，更新所述激光雷达线束的测量距离，以得到校正后的单帧激光雷达点云数据。采用本发明实施例的技术手段，通过计算所述激光雷达线束的仰角，并结合激光雷达线束的测量距离，即可计算得到所述激光雷达线束对应的实际水平测量距离，从而能将倾斜情况下测量的激光雷达点云数据，校正为与水平情况下测量的激光雷达点云数据一致，以得到校正后的精准的激光雷达点云数据，从而提升激光SLAM建图的精准性以及定位精度。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种激光雷达点云数据的校正方法的步骤流程示意图；
图2是本发明实施例一中激光雷达线束的仰角示意图；
图3是本发明实施例二提供的计算激光雷达线束的方向向量的步骤示意图；
图4是本发明实施例二中激光雷达线束的几何模型示意图；
图5是本发明实施例三提供的一种激光雷达点云数据的校正方法的步骤流程示意图；
图6是本发明实施例四提供的一种激光雷达点云数据的校正装置的结构示意图；
图7是本发明实施例五提供的一种激光雷达点云数据的校正装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，参见图2，是本发明实施例一中激光雷达线束的仰角示意图。以激光雷达设备发射激光雷达线束的发射点为原点，以水平地面为参考面建立坐标系。当激光雷达设备扫描一圈发射的激光雷达线束处于精确的二维水平面上时，某一激光雷达线束如图2的虚线箭头所示，其水平方位角为ai。所述水平方位角表示在二维水平面上的所述激光雷达线束与所述二维水平面的x轴的夹角。
由于激光雷达基座的安装通常存在一定的倾斜，并且其搭载的激光雷达设备也有可能在倾斜面上运动，或者存在轮子磨损等情况，导致无法保证激光雷达处于精确的二维水平面上，从而在实际情况下，激光雷达设备发射的激光雷达线束为图2的实线箭头所示，也即在方位角ai上的激光雷达线束与xOy二维水平面存在一个仰角ei，使得该激光雷达线束的测量距离li会相对于预期雷达保持水平的测量距离li'稍微偏大，造成测量误差。
为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种激光雷达点云数据的校正方法。参见图1，是本发明实施例一提供的一种激光雷达点云数据的校正方法的步骤流程示意图。所述激光雷达点云数据的校正方法，具体通过步骤S11至S14执行：
S11、获取当前时刻的单帧激光雷达点云数据。
所述单帧激光点云数据为激光雷达设备在特定位置保持不动的情况下，扫描一圈所发出的激光雷达线束的数据信息，包括每一激光雷达线束的水平方位角ai和每一激光雷达线束测得的测量距离数据li等，还包括所述激光雷达线束的XYZ坐标以及强度等信息。
S12、根据所述单帧激光雷达点云数据，计算每一所述激光雷达线束的方向向量。
S13、根据所述激光雷达线束的方向向量，计算所述激光雷达线束的仰角；其中，所述仰角表示所述激光雷达线束与其对应的水平线束之间的夹角；所述水平线束为所述激光雷达线束在二维水平面上的投影。
在本发明实施例中，通过获取所述单帧激光点云数据，计算得到激光雷达设备实际发射的每一激光雷达线束的方向向量ri，并根据每一所述激光雷达线束的方向向量ri，通过以下计算公式，计算每一所述激光雷达线束的仰角ei：
Figure BDA0002893244240000071
其中，i＝0,1,...,N，N为所述单帧激光雷达点云数据中的激光雷达线束的数量，也即激光雷达设备扫描一圈所发出的单线激光雷达点数。
S14、根据所述激光雷达线束的仰角和所述激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离；并以所述实际水平测量距离，更新所述激光雷达线束的测量距离，以得到校正后的单帧激光雷达点云数据。
在计算得到所述激光雷达线束的仰角之后，根据所述激光雷达线束的仰角ei和所述激光雷达线束的测量距离li，根据计算公式li'＝licos(ei)，计算得到实际水平测量距离，也即得到该水平方位角所对应的所述激光雷达线束处于精确的二维水平面上时的实际测量距离，以实现对倾斜情况下测得的测量距离进行校正。
本发明实施例一提供了一种激光雷达点云数据的校正方法，通过获取当前时刻的单帧激光雷达点云数据，以计算每一所述激光雷达线束的方向向量；根据所述激光雷达线束的方向向量，计算所述激光雷达线束的仰角。进而根据所述激光雷达线束的仰角和所述激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离；并以所述实际水平测量距离，更新所述激光雷达线束的测量距离，以得到校正后的单帧激光雷达点云数据。采用本发明实施例的技术手段，通过计算所述激光雷达线束的仰角，并结合激光雷达线束的测量距离，即可计算得到所述激光雷达线束对应的实际水平测量距离，从而能将倾斜情况下测量的激光雷达点云数据，校正为与水平情况下测量的激光雷达点云数据一致，以得到校正后的精准的激光雷达点云数据，从而提升激光SLAM建图的精准性以及定位精度。
作为优选的实施方式，本发明实施例二在实施例一的基础上实施。参见图3-4，图3是本发明实施例二提供的计算激光雷达线束的方向向量的步骤示意图；图4是本发明实施例一中激光雷达线束的几何模型示意图。假设安装在静止的雷达基座上的激光雷达设备的单帧扫描射线为图4所示的黑色实线椭圆，则在xoy平面上的投影由黑色虚线椭圆表示。图4中指向物体的黑色箭头实线表示激光雷达设备在倾斜情况下发出的激光雷达线束，其方向向量表示为ri，黑色箭头虚线为所述激光雷达线束的水平线束，也即表示所述激光雷达线束在二维水平上的投影。为了求出激光雷达线束的仰角，可以利用图4所示的所述激光雷达线束所在垂直平面(图中黑色实线平行四边形所示)的法向量Nv,i和激光雷达线束所在扫描平面的法向量Nt,i，叉乘求得激光雷达线束的方向向量ri，以进一步计算激光雷达线束的仰角。
具体地，所述步骤S12通过步骤S121至S124执行：
S121、根据所述激光雷达线束的水平方位角，计算得到所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量Nv,i。
具体地，根据所述激光雷达线束的水平方位角，根据计算公式rh,i＝[cos(ai),sin(ai),0]T，计算所述激光雷达线束对应的水平线束的方向向量。根据所述激光雷达线束对应的水平线束的方向向量和坐标系z轴的方向向量，根据计算公式Nv,i＝[0 0 1]T×rh,i计算得到所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量；
其中，所述水平线束为所述激光雷达线束在二维水平面上的投影。rh,i为所述激光雷达线束对应的水平线束的方向向量，ai为所述激光雷达线束的水平方位角，i＝0,1,...,N，N为所述单帧激光雷达点云数据中的激光雷达线束的数量；Nv,i为所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量。
S122、采用预设的激光雷达基座的姿态估算器，估算当前时刻所述激光雷达线束对应的雷达基座的旋转姿态。
S123、根据当前时刻所述雷达基座的旋转姿态，计算得到所述激光雷达线束所在的扫描平面的法向量。
需要说明的是，所述扫描平面表示所述激光雷达设备扫描一圈发射的激光雷达线束所形成的平面。当所述激光雷达设备在倾斜情况下发射激光雷达线束时，所述扫描平面为一倾斜平面，如图4所示的黑色实线椭圆。
优选地，所述预设的激光雷达基座的姿态估算器为IMU姿态估算器。利用IMU数据结合之前的对雷达基座的姿态估计，通过积分获得当前激光雷达线束所在时间下，激光雷达基座的旋转姿态Roti：
Roti＝Imutracker(ti)；
其中，ti表示当前时刻。
根据当前时刻所述雷达基座的旋转姿态Roti和坐标系z轴的方向向量，通过计算公式Nt,i＝Roti*[0 0 1]T，计算得到所述激光雷达线束所在的扫描平面的法向量Nt,i。
S124、计算所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量和所述激光雷达线束所在的扫描平面的法向量的向量积，得到所述激光雷达线束的方向向量。
具体地，所述激光雷达线束的方向向量为ri＝Nv,i×Nt,i。
采用本发明实施例的技术手段，通过确定所述激光雷达线束所在的垂直平面和所述激光雷达线束所在的扫描平面，计算两平面的交线的方向向量，即可得到激光雷达线束的方向向量，有效实现了计算所述激光雷达线束的方向向量的准确性和简便性。并且，本发明实施例利用低成本的IMU姿态估算器对激光雷达基座的旋转姿态进行估算，从而计算得到所述激光雷达线束所在的扫描平面的法向量，以最终实现对倾斜情况下测量的激光雷达点云数据进行校正，在有效提升测量精度的基础上，节省了经济成本。
作为优选的实施方式，参见图5，是本发明实施例三提供的一种激光雷达点云数据的校正方法的步骤流程示意图。本发明实施例三提供的激光雷达点云数据的校正方法，具体通过步骤S31至S37执行：
S31、获取当前时刻的单帧激光雷达点云数据；其中，所述单帧激光雷达点云数据包括每一激光雷达线束的水平方位角和测量距离。
S32、根据所述单帧激光雷达点云数据，计算每一所述激光雷达线束的方向向量。
S33、根据所述激光雷达线束的方向向量，计算所述激光雷达线束的仰角；其中，所述仰角表示所述激光雷达线束与其对应的水平线束之间的夹角；所述水平线束为所述激光雷达线束在二维水平面上的投影。
需要说明的是，步骤S31至S33与上述实施例一的步骤S11至S13一一对应，两者的执行过程和实现的有益效相似，在此不再赘述。
S34、获取所述激光雷达线束对应的雷达基座的安装高度。
S35、根据所述激光雷达线束的仰角、所述测量距离和所述雷达基座的安装高度，计算所述激光雷达线束所测量的物体点高度。
具体地，根据所述激光雷达线束的仰角、所述测量距离和所述雷达基座的安装高度，通过以下计算公式，计算所述激光雷达线束所测量的物体点高度：
zi＝lisin(ei)+zh
其中，zi为所述激光雷达线束所测量的物体点高度，li为所述激光雷达线束的测量距离，ei为所述激光雷达线束的仰角，zh为所述雷达基座的安装高度。
S36、当所述物体点高度小于等于0时，将所述激光雷达线束作为无效激光雷达线束并过滤；当所述物体点高度大于0时，将所述激光雷达线束作为有效激光雷达线束。
若所述激光雷达线束所测量的物体点高度zi≤0，说明该激光雷达线束打到地面，是无效激光雷达线束，因而需要将该激光雷达线束的相关数据信息过滤删除。若所述激光雷达线束所测量的物体点高度zi>0，说明该激光雷达线束为有效激光雷达线束。
S37、所述根据所述有效激光雷达线束的仰角和所述有效激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离；并以所述实际水平测量距离，更新所述有效激光雷达线束的测量距离，以得到校正后的单帧激光雷达点云数据。
针对有效激光雷达线束，根据所述有效激光雷达线束的仰角和所述有效激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离，以实现对倾斜情况下测得的测量距离进行校正。
本发明实施例三提供了一种激光雷达点云数据的校正方法，在计算所述激光雷达线束的仰角之后，进一步确定所述激光雷达线束所测量的物体点高度，并将物体点高度小于等于0所对应的无效激光雷达线束的数据过滤掉，并针对有效激光雷达线束计算其实际水平测量距离，以实现对有效激光雷达线束形成的激光雷达点云数据的校正。采用本发明实施例的技术手段，能够进一步提高校正后的激光雷达点云数据的精准性，有效减少无效激光雷达线束的数据对后续的SLAM建图和定位操作所造成的干扰。
参见图6，是本发明实施例四提供的一种激光雷达点云数据的校正装置的结构示意图。本发明实施例四提供了一种激光雷达点云数据的校正装置40，包括：数据获取模块41、方向向量计算模块42、仰角计算模块43和数据校正模块44；其中，
所述数据获取模块41，用于获取当前时刻的单帧激光雷达点云数据；其中，所述单帧激光雷达点云数据包括激光雷达线束的水平方位角和测量距离。
所述方向向量计算模块42，用于根据所述单帧激光雷达点云数据，计算每一所述激光雷达线束的方向向量。
所述仰角计算模块43，用于根据所述激光雷达线束的方向向量，计算所述激光雷达线束的仰角；其中，所述仰角表示所述激光雷达线束与其对应的水平线束之间的夹角；所述水平线束为所述激光雷达线束在二维水平面上的投影。
具体地，所述仰角计算模块43，用于根据所述激光雷达线束的方向向量，通过以下计算公式，计算所述激光雷达线束的仰角：
Figure BDA0002893244240000121
其中，ei为所述激光雷达线束的仰角，ri为所述激光雷达线束的方向向量，i＝0,1,...,N，N为所述单帧激光雷达点云数据中的激光雷达线束的数量。
所述数据校正模块44，用于根据所述激光雷达线束的仰角和所述激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离；并以所述实际水平测量距离，更新所述激光雷达线束的测量距离，以得到校正后的单帧激光雷达点云数据。
作为优选的实施方式，所述方向向量计算模块42，具体包括：
第一法向量计算单元，用于根据所述激光雷达线束的水平方位角，计算得到所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量；
姿态估算单元，用于采用预设的激光雷达基座的姿态估算器，估算当前时刻所述激光雷达线束对应的雷达基座的旋转姿态；
第二法向量计算单元，用于根据当前时刻所述雷达基座的旋转姿态，计算得到所述激光雷达线束所在的扫描平面的法向量；
方向向量计算单元，用于计算所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量和所述激光雷达线束所在的扫描平面的法向量的向量积，得到所述激光雷达线束的方向向量。
作为优选的实施方式，所述第一法向量计算单元，具体用于：
根据所述激光雷达线束的水平方位角，根据计算公式rh,i＝[cos(ai),sin(ai),0]T，计算所述激光雷达线束对应的水平线束的方向向量；其中，rh,i为所述激光雷达线束对应的水平线束的方向向量，ai为所述激光雷达线束的水平方位角，i＝0,1,...,N，N为所述单帧激光雷达点云数据中的激光雷达线束的数量；
根据所述激光雷达线束对应的水平线束的方向向量，根据计算公式Nv,i＝[0 0 1]T×rh,i计算得到所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量；其中，Nv,i为所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量。
作为优选的实施方式，所述激光雷达点云数据的校正装置40还包括激光雷达线束判断模块45，用于：
获取所述激光雷达线束对应的雷达基座的安装高度；根据所述激光雷达线束的仰角、所述测量距离和所述雷达基座的安装高度，计算所述激光雷达线束所测量的物体点高度；
具体地，根据所述激光雷达线束的仰角、所述测量距离和所述雷达基座的安装高度，通过以下计算公式，计算所述激光雷达线束所测量的物体点高度：
zi＝lisin(ei)+zh
其中，zi为所述激光雷达线束所测量的物体点高度，li为所述激光雷达线束的测量距离，ei为所述激光雷达线束的仰角，zh为所述雷达基座的安装高度。
当所述物体点高度小于等于0时，将所述激光雷达线束作为无效激光雷达线束并过滤；当所述物体点高度大于0时，将所述激光雷达线束作为有效激光雷达线束。
进一步地，所述数据校正模块44，具体用于：
所述根据所述有效激光雷达线束的仰角和所述有效激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离。并以所述实际水平测量距离，更新所述有效激光雷达线束的测量距离，以得到校正后的单帧激光雷达点云数据。
需要说明的是，本发明实施例提供的一种激光雷达点云数据的校正装置用于执行上述实施例的一种激光雷达点云数据的校正方法的所有流程步骤，两者的工作原理和有益效果一一对应，因而不再赘述。
本发明实施例四提供了一种激光雷达点云数据的校正装置，通过数据获取模块获取当前时刻的单帧激光雷达点云数据，由方向向量计算模块根据获取的激光雷达点云数据，计算每一所述激光雷达线束的方向向量；仰角计算模块根据所述激光雷达线束的方向向量，计算所述激光雷达线束的仰角，进而通过数据校正模块根据所述激光雷达线束的仰角和所述激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离；并以所述实际水平测量距离，更新所述激光雷达线束的测量距离，以得到校正后的单帧激光雷达点云数据。采用本发明实施例的技术手段，通过计算所述激光雷达线束的仰角，并结合激光雷达线束的测量距离，即可计算得到所述激光雷达线束对应的实际水平测量距离，从而能将倾斜情况下测量的激光雷达点云数据，校正为与水平情况下测量的激光雷达点云数据一致，以得到校正后的精准的激光雷达点云数据，从而提升激光SLAM建图的精准性以及定位精度。
参见图7，是本发明实施例五提供的一种激光雷达点云数据的校正装置的结构示意图。本发明实施例五提供的一种激光雷达点云数据的校正装置50，包括处理器51、存储器52以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如实施例一至实施例三中任一实施例所述的激光雷达点云数据的校正方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行着如实施例一至实施例三中任一实施例所述的激光雷达点云数据的校正方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光雷达点云数据的校正方法，其特征在于，包括：
获取当前时刻的单帧激光雷达点云数据；其中，所述单帧激光雷达点云数据包括每一激光雷达线束的水平方位角和测量距离；
根据所述单帧激光雷达点云数据，计算每一所述激光雷达线束的方向向量；
根据所述激光雷达线束的方向向量，计算所述激光雷达线束的仰角；其中，所述仰角表示所述激光雷达线束与其对应的水平线束之间的夹角；所述水平线束为所述激光雷达线束在二维水平面上的投影；
根据所述激光雷达线束的仰角和所述激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离；并以所述实际水平测量距离，更新所述激光雷达线束的测量距离，以得到校正后的单帧激光雷达点云数据。
2.如权利要求1所述的激光雷达点云数据的校正方法，其特征在于，所述根据所述激光雷达线束的方向向量，计算所述激光雷达线束的仰角，具体为：
根据所述激光雷达线束的方向向量，通过以下计算公式，计算所述激光雷达线束的仰角：
Figure FDA0002893244230000011
其中，ei为所述激光雷达线束的仰角，ri为所述激光雷达线束的方向向量，i＝0,1,...,N，N为所述单帧激光雷达点云数据中的激光雷达线束的数量。
3.如权利要求1所述的激光雷达点云数据的校正方法，其特征在于，所述根据所述单帧激光雷达点云数据，计算每一所述激光雷达线束的方向向量，具体包括：
根据所述激光雷达线束的水平方位角，计算得到所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量；
采用预设的激光雷达基座的姿态估算器，估算当前时刻所述激光雷达线束对应的雷达基座的旋转姿态；
根据当前时刻所述雷达基座的旋转姿态，计算得到所述激光雷达线束所在的扫描平面的法向量；
计算所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量和所述激光雷达线束所在的扫描平面的法向量的向量积，得到所述激光雷达线束的方向向量。
4.如权利要求3所述的激光雷达点云数据的校正方法，其特征在于，所述根据所述激光雷达线束的水平方位角，计算得到所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量，具体包括：
根据所述激光雷达线束的水平方位角，根据计算公式rh,i＝[cos(ai),sin(ai),0]T，计算所述激光雷达线束对应的水平线束的方向向量；其中，rh,i为所述激光雷达线束对应的水平线束的方向向量，ai为所述激光雷达线束的水平方位角，i＝0,1,...,N，N为所述单帧激光雷达点云数据中的激光雷达线束的数量；
根据所述激光雷达线束对应的水平线束的方向向量，根据计算公式Nv,i＝[0 0 1]T×rh,i计算得到所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量；其中，Nv,i为所述激光雷达线束所在垂直平面的法向量。
5.如权利要求1所述的激光雷达点云数据的校正方法，其特征在于，在所述根据所述激光雷达线束的方向向量，计算所述激光雷达线束的仰角之后，在所述根据所述激光雷达线束的仰角和所述激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离之前，所述方法还包括：
获取所述激光雷达线束对应的雷达基座的安装高度；
根据所述激光雷达线束的仰角、所述测量距离和所述雷达基座的安装高度，计算所述激光雷达线束所测量的物体点高度；
当所述物体点高度小于等于0时，将所述激光雷达线束作为无效激光雷达线束并过滤；当所述物体点高度大于0时，将所述激光雷达线束作为有效激光雷达线束；
则，所述根据所述激光雷达线束的仰角和所述激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离，具体为：
所述根据所述有效激光雷达线束的仰角和所述有效激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离。
6.如权利要求5所述的激光雷达点云数据的校正方法，其特征在于，所述根据所述激光雷达线束的仰角、所述测量距离和所述雷达基座的安装高度，计算所述激光雷达线束所测量的物体点高度，具体为：
根据所述激光雷达线束的仰角、所述测量距离和所述雷达基座的安装高度，通过以下计算公式，计算所述激光雷达线束所测量的物体点高度：
zi＝lisin(ei)+zh；
其中，zi为所述激光雷达线束所测量的物体点高度，li为所述激光雷达线束的测量距离，ei为所述激光雷达线束的仰角，zh为所述雷达基座的安装高度。
7.如权利要求3所述的激光雷达点云数据的校正方法，其特征在于，所述预设的激光雷达基座的姿态估算器为IMU姿态估算器。
8.一种激光雷达点云数据的校正装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取当前时刻的单帧激光雷达点云数据；其中，所述单帧激光雷达点云数据包括激光雷达线束的水平方位角和测量距离；
方向向量计算模块，用于根据所述单帧激光雷达点云数据，计算每一所述激光雷达线束的方向向量；
仰角计算模块，用于根据所述激光雷达线束的方向向量，计算所述激光雷达线束的仰角；其中，所述仰角表示所述激光雷达线束与其对应的水平线束之间的夹角；所述水平线束为所述激光雷达线束在二维水平面上的投影；
数据校正模块，用于根据所述激光雷达线束的仰角和所述激光雷达线束的测量距离，计算得到实际水平测量距离；并以所述实际水平测量距离，更新所述激光雷达线束的测量距离，以得到校正后的单帧激光雷达点云数据。
9.一种激光雷达点云数据的校正装置，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任意一项所述的激光雷达点云数据的校正方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至7中任意一项所述的激光雷达点云数据的校正方法。
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