CN113204004A - 一种激光雷达校准装置和方法 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例提供一种激光雷达校准装置和方法。所述装置包括：载台，用于承载待校准激光雷达；相机阵列，用于获取所述待校准激光雷达发射的激光束在测量空间中的第一光斑成像；其中，所述相机阵列包括分别覆盖所述测量空间的不同视场的一个或多个相机，每个相机用于获取对应视场内的图像；控制模块，用于基于所述第一光斑成像在相应相机获取的图像中的像素坐标，以及所述测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系，确定所述激光束的实际出射角。

Description

一种激光雷达校准装置和方法

技术领域

本说明书涉及激光技术领域，特别涉及一种激光雷达校准装置和方法。

背景技术

激光雷达通过向目标范围或物体发射激光和接收物体的反射光，探测目标范围内的环境和对象的位置(如，距离和角度)、运动状态(如，速度、振动和姿态)和形状等特征。由于机械部件的设计、制造等各环节可能存在误差，导致激光雷达自身可能会带有一定的误差。激光雷达存在误差，可能会导致探测物体时，获得的物体数据或信息存在偏差。

因此，期望提供一种激光雷达的校准装置和方法。

发明内容

本说明书的一个方面提供一种激光雷达校准装置。所述装置包括：载台，用于承载待校准激光雷达；相机阵列，用于获取所述待校准激光雷达发射的激光束在测量空间中的第一光斑成像；其中，所述相机阵列包括分别覆盖所述测量空间的不同视场的一个或多个相机，每个相机用于获取对应视场内的图像；控制模块，用于基于所述第一光斑成像在相应相机获取的图像中的像素坐标，以及所述测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系，确定所述激光束的实际出射角。

在一些实施例中，所述载台包括多自由度旋转载台，所述标定关系通过以下方式获得：将标准光源放置于所述载台上以替代所述待校准激光雷达；控制所述载台旋转，以通过所述相机阵列获取所述标准光源在所述测量空间中不同扫描点处的第二光斑成像，同时记录所述不同扫描点对应的所述载台的旋转角以作为所述标准光源的出射角；将所述不同扫描点处第二光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标以及所述载台的旋转角的对应关系，作为所述测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系。

在一些实施例中，所述旋转角包括方位角和俯仰角；当所述标准光源放置于所述载台上，且所述载台的方位角和俯仰角均为0时，所述标准光源的光束的方位角和俯仰角也为0；当所述待校准激光雷达放置于所述载台上时，所述载台的方位角和俯仰角均固定为0。

在一些实施例中，为了基于所述第一光斑成像在相应相机获取的图像中的像素坐标，以及所述测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系，确定所述激光束的实际出射角，所述控制模块还用于：基于所述第一光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标确定所述第一光斑成像所在的网格矩阵，所述网格矩阵的最小单位由彼此相邻的四个扫描点组成；将所述网格矩阵中的至少三个扫描点作为所述第一光斑成像的邻近扫描点；从所述标定关系中获取各邻近扫描点的像素坐标以及对应的出射角；基于各邻近扫描点的像素坐标、出射角以及所述第一光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标确定所述激光束的实际出射角。

在一些实施例中，所述装置还包括成像屏，用于接收所述标准光源或所述待校准激光雷达发射的激光束以形成光斑，所述测量空间形成于所述成像屏上。

在一些实施例中，所述装置还包括支架，用于调节所述相机阵列或所述相机阵列中单个相机的位置。

本说明书的另一方面提供一种激光雷达校准方法。所述方法包括：获取测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系；通过放置于载台上的待校准激光雷达发射激光束；通过相机阵列获取所述待校准激光雷达发射的激光束在所述测量空间的第一光斑成像；所述相机阵列包括分别覆盖所述测量空间的不同视场的一个或多个相机，每个相机用于获取对应视场内的图像；基于所述第一光斑成像在所述相机阵列的相应相机获取的图像中的像素坐标，以及所述标定关系，确定所述激光束的实际出射角。

在一些实施例中，所述载台为多自由度旋转载台；所述获取测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系，包括：将标准光源放置于所述载台上以替代所述待校准激光雷达；控制所述载台旋转，以通过所述相机阵列获取所述标准光源在所述测量空间中不同扫描点处的第二光斑成像，同时记录所述不同扫描点对应的所述载台的旋转角以作为所述标准光源的出射角；将所述不同扫描点处第二光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标以及所述载台的旋转角的对应关系，作为所述测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系。

在一些实施例中，所述载台的旋转角包括方位角和俯仰角；当所述标准光源放置于所述载台上，且所述载台的方位角和俯仰角均为0时，所述标准光源的光束的方位角和俯仰角也为0；当所述待校准激光雷达放置于所述载台上时，所述载台的方位角和俯仰角均固定为0。

在一些实施例中，所述基于所述第一光斑成像在相应相机获取的图像中的像素坐标，以及所述测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系，确定所述激光束的实际出射角，包括：基于所述第一光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标确定所述第一光斑成像所在的网格矩阵，所述网格矩阵的最小单位由彼此相邻的四个扫描点组成；将所述网格矩阵中的至少三个扫描点作为所述第一光斑成像的邻近扫描点；从所述标定关系中获取各邻近扫描点的像素坐标以及对应的出射角；基于各邻近扫描点的像素坐标、出射角以及所述第一光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标确定所述激光束的实际出射角。

在一些实施例中，第一邻近扫描点的像素坐标与出射角分别为(x₁,y₁)、(θ_x1,θ_y1)，第二邻近扫描点的像素坐标与出射角分别为(x₂,y₂)、(θ_x2,θ_y2)，第三邻近扫描点的像素坐标与出射角分别为(x₃,y₃)、(θ_x3,θ_y3)，所述第一光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标为(x,y)，则所述激光束的实际出射角(θ_x,θ_y)为：

附图说明

本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：

图1是根据本说明书的一些实施例所示的示例性激光雷达校准装置的示意图；

图2是根据本说明书的一些实施例所示的示例性相机阵列的示意图；

图3是根据本说明书的一些实施例所示的示例性载台的示意图；

图4是根据本说明书的一些实施例所示的激光雷达校准方法的示例性流程图；

图5是根据本说明书的一些实施例所示的示例性激光雷达校准方法的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模组”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。

如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。

虽然本说明书对根据本说明书的实施例的系统中的某些模块或单元做出了各种引用，然而，任何数量的不同模块或单元可以被使用并运行在客户端和/或服务器上。所述模块仅是说明性的，并且所述系统和方法的不同方面可以使用不同模块。

本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

激光雷达可以通过向目标范围或物体发射激光和接收物体的反射光，探测目标范围内的环境和对象的特征，其探测准确性反映准确探测目标范围环境的水平。例如，在无人驾驶场景中，激光雷达可以通过向无人驾驶车辆周边物体发射激光和接收物体的反射光，探测车辆周边的环境和对象的位置、速度等特征，进而为自动驾驶策略提供环境信息。如果激光雷达存在较大的探测误差，不仅影响车辆自动驾驶策略的实施，对车辆行驶安全也将是很大的隐患。通过对激光雷达进行校准，可以确定激光雷达在设定出射角下的实际出射角，从而检验激光雷达的出射角是否准确。进一步地，可以确定激光雷达的设定出射角与实际出射角的偏差，建立设定出射角与实际出射角的对应关系，基于该对应关系对所述偏差进行补偿，以校准激光雷达对对象的探测结果。

本说明书一些实施例中，激光雷达校准装置可以通过相机获取待校准激光雷达发射的激光束的光斑成像的图像，基于光斑在图像中的像素坐标确定激光束的实际出射角。考虑到，相机的拍摄视野和边缘成像畸变通常是一对矛盾，若为了覆盖足够的拍摄视野而使用广角的相机镜头时，可能会使得拍摄的光斑图像的边缘产生几何畸变，影响激光束实际出射角的计算。本说明书实施例提供一种激光雷达校准装置，利用一个或多个相机分割激光束的测量空间，可以获得较高分辨率的光斑图像，进而提高激光雷达校准的精度和准确性。

图1是根据本说明书的一些实施例所示的示例性激光雷达校准装置的示意图。

如图1所示，激光雷达校准装置100可以包括载台110、相机阵列120以及成像屏130。

载台110可以用于承载待校准激光雷达。待校准激光雷达可以用于发射激光束。在一些实施例中，激光雷达可以发射出不同方位角和俯仰角的激光束，即可以分别在水平方向和竖直方向发出不同偏转角度的激光束。例如，激光雷达可以在竖直平面发射-60度～+60度的激光束，或者在水平平面内发射-45度～45度的激光束。在一些实施例中，待校准激光雷达可以通过夹具放置于载台110上。例如，夹具可以包括托盘、支架、可升降导轨等可以调节待校准激光雷达位置的装置。在一些实施例中，待校准激光雷达可以包括但不限于脉冲激光雷达、连续波激光雷达等。

在一些实施例中，载台110可以包括多自由度旋转载台。在一些实施例中，载台110可以用于承载标准光源。标准光源(如图3中310)是指通过光学平台校准后的，能以已知确定角度出光的激光光源。在一些实施例中，标准光源可以用于对测量空间进行网格标定。例如，可以将标准光源放置于载台110上以替代待校准激光雷达，并控制载台110旋转一定的方位角和俯仰角使得标准光源的光束可以打到测量空间的预定义网格的某一节点(即扫描点)上，通过相机阵列120获取标准光源在测量空间中不同扫描点处的第二光斑成像，计算第二光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标，将以相邻四组“出射角(即方位角和俯仰角)-光斑成像的像素坐标”信息为顶点的四边形定义为一个网格矩阵的最小单位，由数排数列的点状网格矩阵组成扫描网格，从而实现对测量空间的网格标定。

测量空间是指可以覆盖待校准激光雷达的扫描范围(Field of View，FOV)的空间。激光雷达的扫描范围是指激光雷达能够发射的激光束的出射角范围。例如，激光雷达可以在竖直平面发射-60度～+60度的激光束，在水平平面内发射-45度～45度的激光束，则其对应的扫描范围即为水平90度、竖直120度。在一些实施例中，测量空间可以形成于成像屏130上，以获取激光束在该成像屏上形成的光斑的像素坐标。在一些实施例中，测量空间的尺寸可以大于、小于或等于成像屏130的面积。在一些实施例中，测量空间覆盖面积的大小与相机阵列120和成像屏130之间的距离相关联。例如，相机阵列120与成像屏130之间的距离越小，对应的测量空间的覆盖范围越小。在一些实施例中，测量空间的覆盖面积大小可以根据待校准激光雷达的扫描范围实时调整，本说明书对此不做限制。

预定义网格是指基于待校准激光雷达的参数预先定义的扫描网格。具体的，可以将标准光源固定于载台110上，以使得标准光源发出的光束与载台相对静止。例如，可以使载台110在旋转角(如方位角以及俯仰角)为0时，标准光源发出的光束的出射角也为0。其中，激光束与地面或水平面平行时，对应的俯仰角为0；激光束相对于将测量空间划分为左右两部分的中垂面没有偏移时，对应的方位角为0。在一些实施例中，可以将成像屏130的几何中心作为测量空间的中心原点，进而通过调整标准光源相对于载台110的位置，使得载台110的俯仰角和方位角均为0度时，固定于其上的标准光源发射的光束的光斑位于中心原点。之后，使载台110以一定的步进在俯仰方向和水平方向上移动，载台在俯仰方向(竖直方向)和/或水平方向每旋转所述步进，标准光源发出的光束在测量空间中形成一个光斑，以此形成所述预定义网格，每个光斑的位置可以看作扫描点。在一些实施例中，可以基于相机镜头的畸变严重程度确定预定义网格的网格大小。例如，相机阵列120中相机的畸变较大时，可以使用较小的网格确定测量空间的预定义网格，从而降低相机畸变对校准准确性的影响。在一些实施例中，可以基于待校准激光雷达的角度分辨率确定预定义网格的最小网格单位或相邻扫描点的距离。

在一些实施例中，相邻扫描点的角度差满足待校准激光雷达的角分辨率。例如，若激光雷达的角分辨率为0.1度，则预定义网格的相邻扫描点对应的出射角(例如，方位角或俯仰角)之间的角度差可以为1度。例如，可以基于角度分辨率为0.1度的待校准激光雷达，将预定义网格的最小单位网格定义为由四个相邻出射角(方位角1度，俯仰角0度)、(方位角2度、俯仰角0度)、(方位角2度，俯仰角1度)、(方位角1度，俯仰角1度)对应的四组“出射角-光斑成像的像素坐标”信息为顶点的四边形。激光雷达的角分辨率是指激光雷达在水平方向或竖直方向的角度分辨率。在一些实施例中，角分辨率也称为激光雷达的指向精度，其可以反映激光雷达的测量精度。例如，若激光雷达指向精度为0.01弧度(换算成角度为0.6度)，则可以在100米的距离获得1米的分辨率，若激光雷达的指向精度为0.001弧度，则可以在1000米的距离获得1米的分辨能力。

在一些实施例中，可以同时记录不同扫描点对应的载台110的旋转角以作为标准光源的出射角，将不同扫描点处第二光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标以及载台110的旋转角的对应关系，作为测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系。在一些实施例中，旋转角可以包括方位角和俯仰角。其中，方位角对应水平方向的出射角度，俯仰角对应竖直方向的出射角度。

在一些实施例中，载台110在承载待校准激光雷达时处于固定状态，且方位角和俯仰角均为0。可以理解，待校准激光雷达无需依靠载台改变激光束的出射角度，因此，当待校准激光雷达放置于载台110时，载台110无需转动。在一些实施例中，标准光源或待校准激光雷达可以通过夹具放置于载台110上，进而可以通过调整夹具的位置或高度，使得待校准激光雷达在设定角度为(0,0)的时候发出的激光束，与标准光源在出射角为(0,0)时的光束重合。

相机阵列120可以用于获取激光束的光斑成像。例如，相机阵列120可以用于获取待校准激光雷达发射的激光束在测量空间中的第一光斑成像。又例如，相机阵列120可以用于获取标准光源在测量空间中不同扫描点处的第二光斑成像。在一些实施例中，相机阵列120可以包括分别覆盖测量空间的不同视场的一个或多个相机，例如，相机121、相机122等。其中，每个相机用于获取对应视场内的图像。在一些实施例中，相机阵列120的视场可以覆盖整个测量空间。通过分别覆盖测量空间不同视场的一个或多个相机，对测量空间进行分割，综合多个相机使得相机阵列覆盖整个空间测量范围，可以获取清晰度更高的激光束的光斑图像。基于该光斑图像可以获得更准确的光斑位置，进而可以提高激光雷达校准装置的校准精度。

在一些实施例中，相机阵列120可以包括但不限于光学相机、工业相机等。在一些实施例中，相机阵列120可以包括相机以及承载相机的平台(例如，平台210)。在一些实施例中，可以基于待校准激光雷达的扫描范围、相机阵列与成像屏之间的距离、或单一相机的视场等一个或多个参数的组合，确定相机阵列120中的相机数量和/或相机布局。例如，对于分辨率为0.1度的待校准激光雷达，相机阵列120可以包括两个水平并排放置的1200万像素的相机。在一些实施例中，相机的像素越高，对应的相机阵列中的相机数量越少。在一些实施例中，相机的分辨率可以为待校准激光雷达分辨率的三分之一、二分之一等。

成像屏130可以用于接收待校准激光雷达和/或标准光源发射的激光束。发射的激光束在到达成像屏130时，可以在成像屏130上形成光斑。在一些实施例中，可以在安装成像屏130时对成像屏的平面位置进行校准，确保成像屏130平面相对地面竖直。在一些实施例中，成像屏130可以固定安装在激光雷达校准装置100的支架上。在一些实施例中，载台110可以位于成像屏130的中垂线上。在一些实施例中，载台110与成像屏130之间的距离与待校准激光雷达的扫描范围呈正比例关系，待校准激光雷达的扫描范围越大，载台110与成像屏130之间的距离值越大。

在一些实施例中，载台110可以位于相机阵列120与成像屏130之间。在一些实施例中，相机阵列120与载台110之间的距离小于载台110与成像屏130之间的距离。在一些实施例中，相机阵列120可以位于载台110与成像屏130之间。在一些实施例中，相机阵列120与载台110之间的距离小于相机阵列120与成像屏130之间的距离。在一些实施例中，载台110、相机阵列120以及成像屏130可以通过任意能够使得相机阵列120视场覆盖成像屏130的布局方式放置，本说明书对此不做限制。

在一些实施例中，激光雷达校准装置100还可以包括控制模块(图中未示出)。控制模块可以用于控制和/或调度激光雷达校准装置100中各个模块(例如，载台110、相机阵列120、成像屏130或支架140等)。在一些实施例中，控制模块可以控制载台110旋转，以获取标准光源在测量空间中不同扫描点处的第二光斑成像。在一些实施例中，控制模块可以控制相机阵列120中至少一个相机获取激光束在测量空间中的光斑成像。例如，控制模块可以控制相机阵列120中视场与待校准激光雷达发射的激光束的设定出射角对应的相机获取该激光束的第一光斑成像。又例如，控制模块可以控制相机阵列120中视场与载台110的旋转角对应的相机获取标准光源在测量空间中的第二光斑成像。在一些实施例中，控制模块可以确定待校准激光雷达发射的激光束的实际出射角。例如，控制模块可以基于第一光斑成像在相应相机获取的图像中的像素坐标，以及测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系，确定该激光束的实际出射角。具体地，控制模块可以基于第一光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标确定第一光斑成像所在的网格矩阵，将网格矩阵中的至少三个扫描点作为第一光斑成像的邻近扫描点；从标定关系中获取各邻近扫描点的像素坐标以及对应的出射角，基于各邻近扫描点的像素坐标、出射角以及第一光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标确定激光束的实际出射角。更多关于确定实际出射角的内容可以参见本说明书其他部分(例如，图4、图5及其相关描述)，在此不再赘述。在一些实施例中，控制模块可以包括但不限于可编程芯片、台式计算机、笔记本电脑、手机移动终端、iPad移动终端等。

在一些实施例中，激光雷达校准装置100还可以包括支架140。支架140可以用于提供对激光雷达校准装置100中各组件(例如，载台110、相机阵列120或成像屏130等)的布置和稳定支撑。例如，支架140可以用于调节载台110与成像屏130之间的水平距离。又例如，支架140可以调节相机阵列120的位置，或者相机阵列120中单个相机的位置。可以理解，图1中对支架140的箭头指向仅作为示例，激光雷达校准装置100中支撑载台110、相机阵列120以及成像屏130等各组件的装置均可以作为支架140的一部分。

在一具体实施例中，基于待校准激光雷达的角分辨率确定测量空间的预定义网格后，可以将标准光源放置在载台110上，并打开标准光源使其出光，然后控制载台110到预定义网格的某一节点(即扫描点)对应的方位角和俯仰角(即出射角)，同时控制相机阵列120中相应相机获取标准光源在测量空间中的第二光斑成像，并计算第二光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标，控制载台110遍历所有预定义网格节点，并存储每个节点对应的出射角以及像素坐标的标定关系。进一步地，将载台110的方位角和俯仰角归0，待校准激光雷达放置在载台110上替换标准光源，并调整待校准激光雷达的位置使其发射的方位角和俯仰角均为0的激光束与标准光源发射的出射角为(0，0)的光束重合；然后控制待校准激光雷达发射激光束，并通过相机阵列120中相应相机获取激光束的第一光斑成像，基于第一光斑成像在相应相机获取的图像中的像素坐标，以及测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系，确定该激光束的实际出射角。在一些实施例中，可以基于激光束的实际出射角和待校准激光雷达发射该激光束时的设定出射角获得激光束的相对误差角。

图2是根据本说明书的一些实施例所示的示例性相机阵列的示意图。

在一些实施例中，可以基于待校准激光雷达的扫描范围以及单一相机的视场范围确定相机阵列120中的相机数量。例如，可以通过分析待校准激光雷达需要的角度分辨率，计算单一相机能够覆盖的视场范围，然后基于待校准激光雷达的扫描范围计算需要的相机数量。

为方便理解，图2中以两个相机组成的相机阵列为例进行描述。在一些实施例中，相机121和相机122可以水平并排放置于平台210上，且相机121和相机122的视场左右平均分割测量空间。例如，相机121和相机122的视场可以分别覆盖成像屏130中心虚线的右侧区域和左侧区域。相机121可以用于拍摄待校准激光雷达或标准光源发射的激光束在成像屏130右侧区域内(即测量空间的右侧区域内)形成的光斑成像(例如，第一光斑成像、第二光斑成像)，相机122可以用于拍摄待校准激光雷达或标准光源发射的激光束在成像屏130左侧区域内(即测量空间的左侧区域内)形成的光斑成像。在一些替代性实施例中，相机121和相机122可以竖直同列放置，且视场上下平均分割测量空间。在一些实施例中，相机121和相机122可以分别覆盖测量空间的不同大小的面积，且相机121和相机122共同覆盖整个测量空间。

在一些替代性实施例中，相机阵列可以包括一组或多组平台210。例如，相机阵列120包括四个相机时，可以包括两组层叠放置的平台210，每层分别水平并排放置两个相机，每个相机的视场分别覆盖测量空间的四分之一。在一些实施例中，相机可以固定或滑动安装在平台210上。在一些实施例中，相机阵列中各相机的性能参数可以相同或不同。

应当注意的是，上述有关相机阵列200的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本申请的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本申请的指导下可以对相机阵列200进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本申请的范围之内。

图3是根据本说明书的一些实施例所示的示例性载台的示意图。

如图3所示，在一些实施例中，载台300可以包括多自由度旋转载台，其可以包括方位角控制模块113和俯仰角控制模块115。方位角控制模块113可以控制载台在水平方向的旋转，俯仰角控制模块115可以控制载台在竖直方向的旋转。例如，方位角控制模块113可以控制载台上的标准光源在水平方向实现360度的旋转，俯仰角控制模块115可以控制载台上的标准光源在竖直方向实现180度的旋转。通过对方位角控制模块113和俯仰角控制模块115的叠加控制，可以实现对光源的方位角和俯仰角的精准控制。在一些实施例中，载台300的运动控制精度和重复定位精度可以达到千分之一。

应当注意的是，上述有关载台300的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本申请的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本申请的指导下可以对载台300进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本申请的范围之内。

图4是根据本说明书的一些实施例所示的激光雷达校准方法的示例性流程图。

步骤410，获取测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系。

测量空间是指可以覆盖待校准激光雷达的扫描范围的空间。标定关系可以反映激光束的出射角与激光束的光斑成像在图像中的像素坐标之间的关联性。在一些实施例中，可以通过标准光源与相机阵列获取扫描点的像素坐标与出射角的标定关系。仅作为示例，可以将标准光源放置于载台110上以替代待校准激光雷达，控制载台110旋转，以通过相机阵列120获取标准光源在测量空间中不同扫描点处的第二光斑成像，同时记录不同扫描点对应的载台110的旋转角以作为标准光源的出射角，将不同扫描点处第二光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标以及载台110的旋转角的对应关系，作为测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系。其中，相邻扫描点对应的出射角之间的角度差满足待校准激光雷达的角分辨率，彼此相邻的四个扫描点可以组成一个网格矩阵的最小单位，数排数列的点状网格矩阵可以组成扫描网格。在一些实施例中，扫描点的像素坐标是指扫描点处的第二光斑成像在对应相机获取的图像的坐标中的像素坐标，可以通过任意可行的方式获得，例如，OpenCv、MATLAB等工具，本说明书对此不做限制。

扫描点是指测量空间的预定义网格的节点。在一些实施例中，可以基于待校准激光雷达的角分辨率确定预定义网格的最小网格单位。在一些实施例中，可以将获得的测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系存储在存储设备中。在一些实施例中，可以响应于检测到有未收集的预定义网格节点的“出射角-光斑成像的像素坐标”数据，控制载台110旋转至该节点对应的方位角和俯仰角，并记录相应的方位角和俯仰角以及第二光斑成像的像素坐标。

在一些实施例中，相机阵列可以包括分别覆盖测量空间的不同视场的一个或多个相机，每个相机用于获取对应视场内的图像。在一些实施例中，系统可以基于拍摄指令控制相机阵列获取第二光斑成像。例如，控制模块控制载台110旋转到扫描点对应的方位角和俯仰角后，可以基于拍摄指令控制相机阵列120中视场与该扫描点的方位角和俯仰角对应的相机获取标准光源在该扫描点处的第二光斑成像。在一些实施例中，通过相机阵列中同一相机获取的光斑成像对应的像素坐标系相同。在一些实施例中，通过相机阵列中不同相机获取的光斑成像对应的像素坐标系可以相同或不同。

在一些实施例中，载台的旋转角可以包括方位角和俯仰角。在一些实施例中，当载台的方位角和俯仰角均为0时，放置于载台上的标准光源的激光束的方位角和俯仰角也为0。在一些实施例中，可以将载台的方位角和俯仰角均为0时，标准光源发射的光束的光斑成像的像素坐标定义为测量空间的中心原点。

步骤420，通过放置于载台上的待校准激光雷达发射激光束。

在一些实施例中，当待校准激光雷达放置于载台上时，载台的方位角和俯仰角均为0。在一些实施例中，可以通过调节待校准激光雷达的夹具，使得载台上放置待校准激光雷达发射的方位角和俯仰角均为0的激光束的光斑成像的像素坐标，与载台上放置标准光源时发射的方位角和俯仰角均为0的激光束的光斑成像的像素坐标相同。在一些实施例中，可以通过调节待校准激光雷达的夹具，使得载台上放置的待校准激光雷达发射的出射角为(0,0)的激光束的光斑成像在测量空间的中心原点。在一些实施例中，可以通过放置于载台上的待校准激光雷达发射不同设定出射角的激光束，以实现对待校准激光雷达不同设定出射角的激光束的校准。

步骤430，通过相机阵列获取待校准激光雷达发射的激光束在测量空间的第一光斑成像。

在一些实施例中，可以基于待校准激光雷达发射的激光束的设定出射角，控制相机阵列中的相应相机获取该激光束在测量空间的第一光斑成像。例如，待校准激光雷达发射的激光束的设定出射角在测量空间的左侧区域内，则可以控制相机阵列中视场覆盖测量空间左侧区域的相机获取该激光束在成像屏形成的第一光斑成像。

步骤440，基于第一光斑成像在相机阵列的相应相机获取的图像中的像素坐标，以及标定关系，确定激光束的实际出射角。

在一些实施例中，第一光斑成像的像素坐标可以通过任意可行的方式获得，例如，OpenCv、MATLAB等工具，本说明书对此不做限制。在一些实施例中，可以基于第一光斑成像的至少两个邻近扫描点的像素坐标、出射角以及第一光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标确定激光束的实际出射角。在一些实施例中，可以基于第一光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标确定第一光斑成像所在的网格矩阵，将网格矩阵中的至少三个扫描点作为第一光斑成像的邻近扫描点。在一些实施例中，可以基于获得第一光斑成像的图像的相机，确定第一光斑成像所在的网格矩阵。例如，图5中所示，若第一光斑成像的图像由相机122拍摄获得，则可以获取基于相机122拍摄的第二光斑成像对应的扫描点信息确定的虚线左侧的扫描网格为第一光斑成像(即图5中待测光斑)所在的网格矩阵。在一些实施例中，可以从标定关系中获取各邻近扫描点的像素坐标以及对应的出射角，基于各邻近扫描点的像素坐标、出射角以及第一光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标确定激光束的实际出射角。更多关于确定激光束的实际出射角的内容可以参见本说明书其他部分(例如，图5及其相关描述)，在此不再赘述。

应当注意的是，上述有关方法400的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本说明书的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本说明书的指导下可以对方法400进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本说明书的范围之内。

图5是根据本说明书的一些实施例所示的示例性激光雷达校准方法的示意图。

为方便理解，以下将结合图5以具体实施例描述激光雷达校准过程。

在一些实施例中，可以将成像屏130的几何中心作为测量空间的中心原点，进而通过调整标准光源相对于载台110的位置，使得载台110的俯仰角和方位角均为0度时，固定于其上的标准光源发射的光束的光斑位于中心原点。在一具体实施例中，可以通过调节载台110的方位角控制模块113和俯仰角控制模块115，控制标准光源到测量空间的预定义网格节点(即扫描点)对应的方位角和俯仰角，并基于该方位角和俯仰角在测量空间中的区域范围，控制相机阵列120中视场与该区域范围对应的相机获取标准光源在测量空间的扫描点处的第二光斑成像。在一些实施例中，可以基于扫描点处载台的方位角和俯仰角，以及扫描点的第二光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标，确定扫描点的像素坐标与出射角的标定关系。在一些实施例中，可以将测量空间中彼此相邻的四个扫描点组成一个网格矩阵，数排数列的点状网格矩阵组成扫描网格，以实现对测量空间的网格标定。

在一些实施例中，可以在完成测量空间的网格标定后，将载台110的方位角和俯仰角均调节为0，放置待校准激光雷达于载台110上替换标准光源。在一些实施例中，可以通过调节待校准激光雷达的夹具，使得待校准激光雷达出射角为(0,0)的激光束的光斑成像的像素坐标在测量空间的中心原点。在一些实施例中，可以控制待校准激光雷达发射不同设定出射角的激光束，并控制相机阵列120中相应相机获取该激光束的第一光斑成像。在一些实施例中，可以基于第一光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标(x,y)确定第一光斑成像所在的网格矩阵。例如，可以基于第一光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标，以及该相机拍摄的第二光斑图像对应的扫描点的像素坐标，确定第一光斑图像所在的网格矩阵。

在一些实施例中，如图5圆形虚线区域内所示，可以基于第一光斑成像(即待测光斑)与其所在网格矩阵中每个相邻扫描点之间的距离d₁、d₂、d₃和d₄，确定距离值较小的三个扫描点为第一光斑成像的三个邻近扫描点。在一些实施例中，可以基于第一邻近扫描点的像素坐标与出射角(x₁,y₁)、(θ_x1,θ_y1)，第二邻近扫描点的像素坐标与出射角(x₂,y₂)、(θ_x2,θ_y2)，第三邻近扫描点的像素坐标与出射角(x₃,y₃)、(θ_x3,θ_y3)，通过公式(1)和(2)计算获得激光束的实际出射角(θ_x,θ_y)。

其中，θ_x对应方位角，θ_y对应俯仰角。

在一些实施例中，可以基于激光束在待校准激光雷达的水平方向的设定出射角(即设定方位角)和竖直方向的设定出射角(即设定俯仰角)，分别与θ_x和θ_y计算差值，分别获得激光束在水平方向和竖直方向的误差角。在一些实施例中，可以基于激光束的误差角对待校准激光雷达发射的激光束进行调整。在一些实施例中，可以通过对不同设定出射角的激光束进行校准，统计获得待校准激光雷达的误差角表格或曲线(反映不同设定出射角与实际出射角的映射关系)，以对待校准激光雷达发射的激光束进行调整。

应当注意的是，上述有关方法500的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本申请的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本申请的指导下可以对方法500进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本申请的范围之内。

本说明书实施例可能带来的有益效果包括但不限于：(1)通过分别覆盖测量空间不同视场的多个相机组成的相机阵列对测量空间进行分割，使得相机阵列的视场可以覆盖整个测量空间，可以获得分辨率更高的激光束的光斑图像；(2)基于测量空间的扫描网格的至少三个扫描点的像素坐标与出射角，确定待校准激光雷达的激光束的实际出射角，当选取的扫描点距离较小时(如第一光斑成像落入的最小网格中的扫描点)可以克服在相机成像边缘由镜头畸变带来的误差，进而提高激光雷达校准装置的准确性。需要说明的是，不同实施例可能产生的有益效果不同，在不同的实施例里，可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合，也可以是其他任何可能获得的有益效果。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。

同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，本领域技术人员可以理解，本说明书的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本说明书的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本说明书的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。

计算机存储介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等，或合适的组合形式。计算机存储介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机存储介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、RF、或类似介质，或任何上述介质的组合。

本说明书各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、VisualBasic、Fortran2003、Perl、COBOL2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或处理设备上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。

此外，除非权利要求中明确说明，本说明书所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本说明书流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本说明书实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的处理设备或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本说明书一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

针对本说明书引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本说明书作为参考。与本说明书内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本说明书权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本说明书中的)也除外。需要说明的是，如果本说明书附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本说明书所述内容有不一致或冲突的地方，以本说明书的描述、定义和/或术语的使用为准。

最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。

Claims (10)

1.一种激光雷达校准装置，所述装置包括：

载台，用于承载待校准激光雷达；

相机阵列，用于获取所述待校准激光雷达发射的激光束在测量空间中的第一光斑成像；其中，所述相机阵列包括分别覆盖所述测量空间的不同视场的一个或多个相机，每个相机用于获取对应视场内的图像；

控制模块，用于基于所述第一光斑成像在相应相机获取的图像中的像素坐标，以及所述测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系，确定所述激光束的实际出射角。

2.根据权利要求1所述的装置，所述载台包括多自由度旋转载台，所述标定关系通过以下方式获得：

将标准光源放置于所述载台上以替代所述待校准激光雷达；

控制所述载台旋转，以通过所述相机阵列获取所述标准光源在所述测量空间中不同扫描点处的第二光斑成像，同时记录所述不同扫描点对应的所述载台的旋转角以作为所述标准光源的出射角；

将所述不同扫描点处第二光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标以及所述载台的旋转角的对应关系，作为所述测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系。

3.根据权利要求2所述的装置，所述旋转角包括方位角和俯仰角；

当所述标准光源放置于所述载台上，且所述载台的方位角和俯仰角均为0时，所述标准光源的光束的方位角和俯仰角也为0；

当所述待校准激光雷达放置于所述载台上时，所述载台的方位角和俯仰角均固定为0。

4.根据权利要求2所述的装置，为了基于所述第一光斑成像在相应相机获取的图像中的像素坐标，以及所述测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系，确定所述激光束的实际出射角，所述控制模块还用于：

基于所述第一光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标确定所述第一光斑成像所在的网格矩阵，所述网格矩阵的最小单位由彼此相邻的四个扫描点组成；

将所述网格矩阵中的至少三个扫描点作为所述第一光斑成像的邻近扫描点；

从所述标定关系中获取各邻近扫描点的像素坐标以及对应的出射角；

基于各邻近扫描点的像素坐标、出射角以及所述第一光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标确定所述激光束的实际出射角。

5.根据权利要求1所述的装置，还包括成像屏，用于接收标准光源或所述待校准激光雷达发射的激光束以形成光斑，所述测量空间形成于所述成像屏上。

6.一种激光雷达校准方法，所述方法包括：

获取测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系；

通过放置于载台上的待校准激光雷达发射激光束；

通过相机阵列获取所述待校准激光雷达发射的激光束在所述测量空间的第一光斑成像；所述相机阵列包括分别覆盖所述测量空间的不同视场的一个或多个相机，每个相机用于获取对应视场内的图像；

基于所述第一光斑成像在所述相机阵列的相应相机获取的图像中的像素坐标，以及所述标定关系，确定所述激光束的实际出射角。

7.根据权利要求6所述的方法，所述载台为多自由度旋转载台；所述获取测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系，包括：

将标准光源放置于所述载台上以替代所述待校准激光雷达；

控制所述载台旋转，以通过所述相机阵列获取所述标准光源在所述测量空间中不同扫描点处的第二光斑成像，同时记录所述不同扫描点对应的所述载台的旋转角以作为所述标准光源的出射角；

将所述不同扫描点处第二光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标以及所述载台的旋转角的对应关系，作为所述测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系。

8.根据权利要求7所述的方法，所述载台的旋转角包括方位角和俯仰角；

当所述标准光源放置于所述载台上，且所述载台的方位角和俯仰角均为0时，所述标准光源的光束的方位角和俯仰角也为0；

当所述待校准激光雷达放置于所述载台上时，所述载台的方位角和俯仰角均固定为0。

9.根据权利要求6所述的方法，所述基于所述第一光斑成像在相应相机获取的图像中的像素坐标，以及所述测量空间的扫描点的像素坐标与出射角的标定关系，确定所述激光束的实际出射角，包括：

基于所述第一光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标确定所述第一光斑成像所在的网格矩阵，所述网格矩阵的最小单位由彼此相邻的四个扫描点组成；

将所述网格矩阵中的至少三个扫描点作为所述第一光斑成像的邻近扫描点；

从所述标定关系中获取各邻近扫描点的像素坐标以及对应的出射角；

基于各邻近扫描点的像素坐标、出射角以及所述第一光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标确定所述激光束的实际出射角。

10.根据权利要求9所述的方法，第一邻近扫描点的像素坐标与出射角分别为(x₁,y₁)、(θ_x1,θ_y1)，第二邻近扫描点的像素坐标与出射角分别为(x₂,y₂)、(θ_x2,θ_y2)，第三邻近扫描点的像素坐标与出射角分别为(x₃,y₃)、(θ_x3,θ_y3)，所述第一光斑成像在相应相机获得的图像中的像素坐标为(x,y)，则所述激光束的实际出射角(θ_x,θ_y)为：

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