CN113721259A - 一种二维平面上激光点位置的确定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种二维平面上激光点位置的确定方法及系统，方法包括：获取能够打在标定板上的激光线编号；获取每一条激光线打在标定板上得到的激光线段和对应的激光强度曲线；根据激光强度曲线，找到位于标定板有色区域边界的两条激光线的编号；基于位于标定板边界的两条激光线的激光强度值，找到在标定板上对应的灰度值，基于灰度值，确定两条激光线打在标定板上的纵向绝对位置。本发明通过设计特殊的标定板，可以直接考察激光雷达的，反射激光强度和标定板平面灰度值之间的关系，进而确定激光线打在标定板上的位置，利用激光雷达中的激光强度信息进行场景识别进而实现一系列的功能。

Description

一种二维平面上激光点位置的确定方法及系统

技术领域

本发明涉及激光领域，更具体地，涉及一种二维平面上激光点位置的确定方法及系统。

背景技术

2D激光雷达是机器人中常用的一种传感器，可以用于测距、避障、定位和建图等。为了准确使用激光雷达的测量值，需要对激光雷达相对于机器人本体的外参进行标定，得到激光雷达相对于机器人本体的实际外参，包括位置偏移和角度偏移。其中角度偏移是影响激光雷达使用的主要参数，因为激光雷达在测量远距离的障碍物的时候，小的角度偏移误差经过放大会变成较大的距离偏移，进而造成机器人错误的算法决策。

目前存在的标定2D激光雷达外参的方法主要是对激光器和摄像头进行联合标定，不仅计算量大，对传感器的硬件要求和传感器时钟同步的软件要求较高，并且无法得到激光雷达和编码器的外参关系。为了简化激光器外参的标定，快速得到激光雷达相对于机器人编码器的角度偏移情况，设计了一种简易的角度偏移标定技术，避免了上述传统标定方法的一些缺点。该标定方法依赖于在二维的标定板平面上确定激光线的绝对位置，因此设计了一种在二维码平面匹配一维线段的方法，称为线模式匹配法。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种二维平面上激光点位置的确定方法及系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种二维平面上激光点位置的确定方法，包括：根据每一条激光线的距离信息和根据标定板的平面特征得到的平面方程，获取打在标定板上的激光线编号；获取每一条激光线打在标定板上得到的激光线段和对应的激光强度曲线，所述激光强度曲线上的激光强度与标定板上的灰度值具有对应关系；根据激光强度曲线，找到位于标定板有色区域边界的两条激光线的编号；基于位于标定板边界的两条激光线的激光强度值，找到在标定板上对应的灰度值，基于灰度值，确定两条激光线打在标定板上的纵向绝对位置；所述标定板包括有色区域和无色区域，有色区域包括在标定板宽度方向上多个交替的深色区域和浅色区域，不同深色区域和不同浅色区域的宽度不同，且同一区域的深度值在高度方向上不同。

根据本发明的第二方面，提供一种二维平面上激光点位置的确定系统，包括：第一获取模块，用于根据每一条激光线的距离信息和根据标定板的平面特征得到的平面方程，获取打在标定板上的激光线编号；第二获取模块，用于获取每一条激光线打在标定板上得到的激光线段和对应的激光强度曲线，所述激光强度曲线上的激光强度与标定板上的灰度值具有对应关系；寻找模块，用于根据激光强度曲线，寻找位于标定板有色区域边界的两条激光线的编号；确定模块，用于基于位于标定板边界的两条激光线的激光强度值，找到在标定板上对应的灰度值，基于灰度值，确定两条激光线打在标定板上的纵向绝对位置；所述标定板包括有色区域和无色区域，有色区域包括在标定板宽度方向上多个交替的深色区域和浅色区域，不同深色区域和不同浅色区域的宽度不同，且同一区域的深度值在高度方向上不同。

本发明提供的一种二维平面上激光点位置的确定方法及系统，通过设计特殊的标定板，可以直接考察激光雷达的，反射激光强度和标定板平面灰度值之间的关系，进而确定激光线打在标定板上的位置，利用激光雷达中的激光强度信息进行场景识别进而实现一系列的功能。

附图说明

图1为本发明提供的一种二维平面上激光点位置的确定方法流程图；

图2为本发明实施例设计的标定板示意图；

图3为激光线打在标定板上形成的激光线段的示意图；

图4为激光线段对应的激光强度曲线示意图；

图5为标定板、激光线段和激光强度曲线的对应匹配示意图；

图6为求解所有激光点在标定板有色区域的横向坐标的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种二维平面上激光点位置的确定系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

2D激光雷达的测量信息包括距离信息和反射激光强度信息，目前对激光雷达的使用是使用激光雷达的距离信息进行测距、避障、定位和建图功能，少有利用反射激光强度实现功能的研究。对于2D的激光雷达，单靠距离信息无法确定激光线打在标定板上的位置，点云信息较难进行使用，因此设计了特殊的标定板，结合激光强度信息，就可以确定激光线打在标定板上的绝对位置。

线模式匹配法是一种匹配方法，打在特殊的标定板上可以得到确定的激光线强度的模式，进一步的，可以通过激光强度模式判断目标区域的反射率变化情况，这项技术可以用于视觉SLAM的回环检测，当机器人回到一个反射率情况极其类似的区域，就可以判断回到了一个经过点，进而纠正机器人的定位，消除累积定位误差，显著提高hector-SLAM等没有回环检测环节的定位技术的定位准确性；判断目标区域反射率的同时，可以用于分割场景中不同的反射区域，例如玻璃和墙面，对目标区域进行分割和识别，构建语义地图。

在对本发明实施例提供的方法进行详细说明之前，对一些基础概念进行解释，首先对待匹配的线段信息进行解释，这里只考虑使用的2D激光雷达。单根激光线打在标定板上，因为标定板的反射，激光接收器会接收到和输出激光线相干的激光回波，根据朗博体反射假设，激光线在标定板上的目标位置向平面外的任何一个方向都会有激光回波，因此最快返回激光接收器的激光光路就是原路返回，激光就是通过这种原理进行测距。激光线返回后，可以认为输出激光线末端截止在标定板平面上，形成一个激光点。

当单根激光线快速绕激光器坐标系Z轴快速旋转的时候，单根激光线就会形成激光面，激光点会形成一条直线，直线在标定板上的部分可以认为是一条线段。因为激光线本身也是一种电磁波，不同颜色的标定板对激光线的吸收和反射系数不同，使得同一条激光在相同距离下打在不同颜色的标定板上可以得到不同的激光强度。

激光器本身是2D单线激光器，绕着激光坐标系Z轴快速旋转进行扫描，激光线构成的平面刚好是激光坐标系的XOY平面，激光线Y轴就是激光线的中线，因为激光线扫描速度极快，这里将激光线看着是静止的多线激光线，每根激光线有对应的激光线编号、激光线距离信息和激光线强度信息。激光线中线的编号为0。

参见图1，为本发明提供的一种二维平面上激光点位置的确定方法流程图，如图1所示，方法包括：S1，根据每一条激光线的距离信息和根据标定板的平面特征得到的平面方程，获取打在标定板上的激光线编号。

可以理解的是，单根激光线快速绕激光器坐标系Z轴快速旋转的时候，单根激光线就会形成激光面，激光点会形成一条直线，直线在标定板上的部分可以认为是一条线段。这里需要说明的是，并不是每一条激光线都能够打打在标定板上的，本步骤S1就是将能够打在标定板上的激光线找出来，后面在计算激光线打在标定板上的激光点位置时，只需要计算这些能够打在标定板上的激光线打在标定板上对应的激光点的位置。

本步骤S1根据每一条激光线的距离信息和根据标定板的平面方程，获取打在标定板上的激光线编号。

其中，确定打在标定板上的激光线编号的方法为：根据每一条激光线的编号和对应的激光距离信息，计算每一条激光线打在标定板上的点在激光坐标系中的坐标；根据激光坐标系和标定板坐标系的变换矩阵，将每一条激光线打在标定板上的点在激光坐标系中的坐标转化为在标定板坐标系下的位置；基于打在标定板上的激光点满足平面约束，建立平面约束方程，所述平面约束方程表征了变换矩阵、激光线编号和激光距离信息之间的关系；基于特定的多条激光线的编号和对应的激光距离信息，求解平面约束方程；将每一条激光线的编号和对应的激光距离信息代入到求解后的平面约束方程中进行验证，获取能够打在标定板上的激光线的编号。

具体的实现方式为，令激光线的角度分辨率为θ₀，编号Id＝n(n＝-504～504，假设激光线总数为1081线)的激光线此时距离信息为d_n，则该激光线在激光线坐标系中和激光线中线的夹角为nθ₀，因为激光线中线为激光线坐标系的Y轴，所以该Id＝n的激光线打在标定板上的点在激光坐标系中的坐标为p_{n_laser}＝(d_nsin(nθ₀),d_ncos(nθ₀),0)。

令此时激光坐标系和标定板坐标系的变换矩阵为T_{target_laser}，则此时激光坐标系中激光线末端的点在标定板坐标系下的位置为T_{target_laser}p_{n_laser}，令p_{n_target}＝T_{target_ laser}p_{n_laser}。

令变换矩阵

t_{target_laser}＝[t₁ t₂ t₃]，

其中，因为此时标定板上的激光点必然满足平面约束，p_{n_target}的Z轴方向的坐标轴必然为0，则可以建立平面约束方程：

p_{n_target}＝R₃₁d_nsin(nθ₀)+R₃₂d_ncos(nθ₀)+t₃＝0。

因为标定板尺寸较大，激光线的偏航角偏移不会过大，这里可以保证激光线编号为-1,0,1的激光线位于标定板平面上，

代入上述的平面约束方程得到：

对上述方程组进行求解，可以得到此时R₃₁，R₃₂，关于d₀,d₁,d_-1,θ₀的表达式，因为d₀,d₁,d_-1,θ₀在单帧激光数据中都是已知量，所以就可以求得当前R₃₁,R₃₂,t₃，那么平面方程为已知。得到求解后的平面约束方程，将每一条激光线的编号和对应的距离信息代入平面约束方程中进行验证，当满足平面约束方程时，表示该条激光线能够打在标定板上，将所有能够打在标定板上的激光线的编号都找出来。

可以理解的是，标定板的设计对于线模式匹配非常重要，根据朗博体反射假设，

其中，I_rec表示反射激光强度，P_rec表示反射激光功率，

表示表面反射率，α表示入射角，r表示激光测量距离。可以看到激光强度和材料表面反射率成线性关系，又考虑到标定板平面只有灰度值不同，黑色区域因为对激光的吸收率较大，反射激光强度较小，相对应的，白色区域对激光的吸收率最小，激光器接受到的激光强度最大，灰色区域则介于两者之间。因此可以通过相邻激光线的相对激光强度信息来判断两个相邻激光点位置灰度值的相对大小。

在进行激光线强度匹配之前，先说明标定板的设计原理，其中，设计的标定板包括有色区域和无色区域，有色区域包括在标定板宽度方向上多个交替的深色区域和浅色区域，不同深色区域和不同浅色区域的宽度不同，且同一区域的深度值在高度方向上不同。标定板上的深度区域的灰度值大于浅色区域的深度值，相同深色区域或者相同浅色区域在高度方向上的灰度值呈阶梯单向变化，不同区域之间的灰度值差异显著大于区域内的灰度值差异，所述标定板的中间为宽度最大的浅色区域，所述无色区域位于标定板的两端边缘位置。

具体的，参见图2，图2为设计的标定板，如图2中所示，标定板左右对称，上下不对称，根据灰度值可以分为有色区域和无色区域(纯白色表示无色区域，黑色和灰色表示有色)，有色区域大致分为深色区域和浅色区域。令有色区域高度为H，宽度为L，在标定板的宽度方向上从外到内的深色区域宽度分别为l,2*l,3*l。每一个深色区域以及每一个浅色区域在标定板的高度方向上被等分成多个子区域，每个子区域的灰度值不同，浅色区域从下到上灰度值逐渐减小，深色区域从下到上灰度值逐渐增加，不同深色区域或者不同浅色区域在相同高度上的灰度值相同，深色区域颜色为纯黑色到灰色，浅色区域颜色为灰色到浅灰色。本发明实施例设计深色区域灰度值变化为0,20,40,60,80,100，浅色区域灰度值变化为155,175,195,215,235,255。

其中，需要说明的几点是：

①区域之间的灰度值差异显著大于区域内的灰度值差异的设计是为了能够快速分割出单个区域，进而确定出激光线段斜率的绝对值大小。

②区域内灰度值单向变化的设计是为了确定激光线段斜率的正负号，同时灰度值阶梯可以用于确定当前位于阶梯位置的激光线的横向绝对位置。

③中间区域宽度最大的设计是为了快速确定激光线中线所在的区域。

④标定板上纯白色的区域用于确定最大反射激光强度，进而直接确定处于有色区域边缘的激光线编号。

⑤整个标定板纵向的灰度值阶梯是为了确定激光线段纵向的绝对位置，并且使得计算的激光坐标系翻滚角尽可能的逼近真实的翻滚角。

⑥这里因为不考虑激光器180°的翻滚角对称，因此将标定板设计成左右对称。

S2，获取每一条激光线打在标定板上得到的激光线段和对应的激光强度曲线，激光强度曲线上的激光强度与标定板上的灰度值具有对应关系。

设计了特殊的标定板，当多根激光线打在标定板上，在标定板上形成激光线段。其中，假设激光线的入射角度和距离值完全相同，只有目标区域的灰度值不同，在标定板上扫描得到一条激光线段，在标定板上形成的激光线段如图3所示，由于标定板上不同位置的灰度值不同，因此，打在标定板上的不同位置处的激光点的激光强度不同，其中，与激光线段对应的激光强度曲线如图4所示。

其中，将激光线段、激光强度曲线和标定板放在一起的示意图如图5所示，由图5可知，激光强度曲线上从左到右激光强度的阶跃在浅色区域是上升的趋势，深色区域是下降趋势，因此标定板上激光线的斜率必然为正。单独考察激光强度曲线中的低区，可以看到，整个过程激光反射强度有五次的阶跃下降，那么我们就可以由此得出激光线段从低区最暗处一直延伸到了低区的最亮处。同样的，激光强度中的高区也有五次的阶跃上升，因此也是从高区的最暗处一直延伸到了高区的最亮处。并且过程中我们可以确定激光线段每一个区间的对应灰度值。

S3，根据激光强度曲线，找到位于标定板有色区域边界的两条激光线的编号。

可以理解的是，上述步骤S2中获得了激光线打在标定板上的激光线段和对应的激光强度曲线，由激光强度曲线图可识别出标定板上的各个区域的边界，进而找到位于标定板有色区域边界的两条激光线的编号。

具体的，上述步骤S1获取了能够打在标定板上的激光线的编号，本步骤S3为了得到位于区域边界位置的激光线编号，使用滑动窗口获取激光强度曲线中局部区域的方差，通过方差的大小可以判断当前窗口位于区域内还是区域间。比如，在窗口滑动的过程中，当激光强度值差异比较大时，说明滑动窗口跨了区间；如果激光强度差异很小，表明滑动窗口在区间内在滑动。初始方差的大小可以考虑使用激光线中线所在区域激光强度方差的大小，初始窗口的宽度可以参考最小的区域宽度l，这里假定激光线中线所在的区域大致处于标定板中间。

使用大窗口来确定窗口中的区域类型(位于深色区域还是浅色区域)，再使用小窗口来确定当前窗口中的区域特征，寻找区域边界，若无区域边界，将当前窗口作为一个区域，对当前窗口进行扩大，再寻找区域边界，不断扩大区域，直到找到两边的区域边界。使用同样的方法，可以得到所有的区域边界。

其中，识别出了标定板上每一个区域的边界后，可基于标定板上最大宽度的浅色区域，激光线段在该浅色区域上的测量长度和该浅色区域的实际设计宽度，计算激光线段在标定板的斜率；基于激光线段的斜率，计算激光线段在每一个区域的长度以及所有激光线打在标定板有色区域的横向绝对位置。

可以理解的是，对于标定板上的不同灰度值区间，对应在激光强度曲线上，可以看到交替出现的激光强度高峰和低谷，因为中间浅色区域的宽度值最大，激光强度形状中必然会出现一个宽度最大的激光强度高峰，通过这个大宽度激光强度峰值就可以大致判断激光器相对于标定板的角度信息。可以从激光强度形状中某个区域的测量长度和区域实际长度的比值中计算标定板上的激光点构成的直线的斜率。

假设激光线编号为m_i,m_j的两根激光线打在了宽度最大的中间浅色区域s的两端边界，两根激光线的距离测量结果为d_i,d_j，两根激光线的夹角θ＝(m_i-m_j)*θ₀，令其中的m_i为编号较大的激光线。则激光线段在该浅色区域上的测量的长度

若该浅色区域的实际设计长度为l_s，则直线的斜率为k＝l_s'/l_s，由此预期激光线段在整个标定板上的长度为L'＝kL。

求得激光线段的直线斜率之后，因为激光线段上各区域的占比和实际设计值占比相同，就可以进一步求得所有区域在激光线段上的长度以及所有激光点在标定板有色区域的横向坐标。其中，对所有激光点在标定板有色区域的横向坐标的求解过程可参见图6所示，具体的，假设AB为编号为m_i的激光线，AC为编号为m_j的激光线，B和C分别为两根激光线打在标定板上的激光点，AD为任取的一条编号介于m_i,m_j之间的激光线，假设AD编号为m_k，激光测距信息为d_k，均为已知量。则BD长度可以通过余弦定理计算得到:

BD长度

利用该定理可以确定BD之间所有激光线的位置，进而确定激光点的横向坐标。

S4，基于位于标定板边界的两条激光线的激光强度值，找到在标定板上对应的灰度值，基于灰度值，确定两条激光线打在标定板上的纵向绝对位置。

其中，根据两条激光线的激光强度值，找到对应的标定板上的灰度值；基于灰度值在位置边界的深色区域中找到对应的纵向绝对位置。

可以理解的是，为了确定激光线段纵向的绝对位置，在标定板的不同区域内设计了灰度值阶梯，并且设计了浅色区域和深色区域相反的灰度值变化方向，消除了标定板上下的对称性。因为这里浅色区域和深色区域的灰度值变化方向相反，这就导致了激光线段从一个区域到另一个区域的阶跃高度会改变。

当深色区域或者浅色区域总的阶跃数量为区域最大阶跃数量时，可以直接得到激光线段从最下角延伸到右上角或者左上角延伸到右下角的结论。当阶跃数量小于最大阶跃数量的时候，可以通过激光线段两端的阶跃情况判断激光线段在有色区域的首尾区间。考察两个相邻的区域，可以看到从上到下，灰度值阶跃的高度分别为235,195,155,115,75,35，所以从激光线段两端最大阶跃的高度可以判断当前激光线打在的纵向高度的绝对位置。

若实际激光强度线段的长度小于L'，说明激光线段一边从有色区域上方或者下发透出，则可以直接确定激光线段的一边的纵向位置，又因为激光线段斜率已经确定，则可以直接确定激光线的绝对位置(这里不考虑激光器翻滚角过大导致激光线段只覆盖中间浅色区域的情况)。

通过改变标定板的高度进而改变区域内灰度阶梯的高度尺寸，可以不断减小激光翻滚角不可判定区域的大小，进而逼近激光翻滚角的真实值。激光线段模式匹配的原理如上，现在我们加入激光线距离和入射角的影响。

当上述讨论的激光线从一个光源位置射出的时候，实际中激光线的入射角和距离会发生变化，假设此时激光器相对于标定板的俯仰角为0，则必有一根激光线垂直打在标定板上，该激光线两侧的激光线对称的打在标定板上，入射角逐渐增加，可以直接根据入射角计算距离信息。计算过程如下：

假设当前垂直打在标定板上的激光线id＝m_t，激光线距离为d_t，则该激光线的入射角为0度，以该激光线为中线，id＝m_t-1,m_t-2,m_t-3,....,m_t-n的激光线的入射角分别为θ₀,2θ₀,3θ₀,......,nθ₀，对应激光线距离为d_t/cos(θ₀),d_t/cos(2θ₀),d_t/cos(3θ₀).....d_t/cos(nθ₀)，同样的，id＝m_t+1,m_t+2.....m_t+n的激光线的入射角分别为θ₀,2θ₀,3θ₀,......,nθ₀，激光线距离为d_t/cos(θ₀),d_t/cos(2θ₀),d_t/cos(3θ₀).....d_t/cos(nθ₀)，可以看出，id＝m_t的激光线距离最小，入射角最小，因此可以通过激光线距离信息确定垂直入射的激光线id。将以上结论代入朗博体反射强度公式可以得到：

其中，n表示当前激光线编号，d_t激光线编号m_t的距离，该函数形式为关于n对称的偶函数。

当俯仰角不为0的时候，令俯仰角为δ，同样假设当前垂直打在标定板上的激光线id＝m_t，激光线距离为d_t，以该激光线为中线，id＝m_t-1,m_t-2,m_t-3,....,m_t-n的激光线距离为d_t/cos(θ₀),d_t/cos(2θ₀),d_t/cos(3θ₀).....d_t/cos(nθ₀)，同样的，id＝m_t+1,m_t+2.....m_t+n的激光线的激光线距离为d_t/cos(θ₀),d_t/cos(2θ₀),d_t/cos(3θ₀).....d_t/cos(nθ₀)，因为对于激光线入射角形式比较复杂，这里不对其进行展开，id＝m_t的激光线距离最小，入射角最小，同样可以通过激光线距离信息确定垂直入射的激光线id。将以上结论代入朗博体反射强度公式可以得到：

其中，n表示当前激光线编号和激光线编号m_t的距离，因为激光线的对称关系，该函数同样是关于n对称的偶函数，并且俯仰角作为常熟不会改变曲线的形状。

当偏航角和翻滚角不为0的时候，因为只会改变激光线编号m_t，其余的激光线群特征不会变化，因此不讨论。

对于单帧激光数据，我们已经将距离变量转化成了入射角变量，因此这就减少了需要考察的变量数量。因为反射率和入射角不存在耦合关系，因此我们得到实际的激光强度信息后，首先通过激光线距离信息得到激光线编号m_t，再将cos³(nθ₀)移到左边，得到的激光强度曲线就可以直接进行模式匹配：

其中，d_t和sin(δ)对单帧激光数据来说是常量。

参见图7，提供了一种二维平面上激光点位置的确定系统，包括第一获取模块701、第二获取模块702、寻找模块703和确定模块704，其中：

第一获取模块701，用于根据每一条激光线的距离信息和根据标定板的平面特征得到的平面方程，获取打在标定板上的激光线编号；第二获取模块702，用于获取每一条激光线打在标定板上得到的激光线段和对应的激光强度曲线，所述激光强度曲线上的激光强度与标定板上的灰度值具有对应关系；寻找模块703，用于根据激光强度曲线，寻找位于标定板有色区域边界的两条激光线的编号；确定模块704，用于基于位于标定板边界的两条激光线的激光强度值，找到在标定板上对应的灰度值，基于灰度值，确定两条激光线打在标定板上的纵向绝对位置；其中，标定板包括有色区域和无色区域，有色区域包括在标定板宽度方向上多个交替的深色区域和浅色区域，不同深色区域和不同浅色区域的宽度不同，且同一区域的深度值在高度方向上不同。

可以理解的是，本发明提供的一种二维平面上激光点位置的确定系统与前述各实施例提供的二维平面上激光点位置的确定方法相对应，二维平面上激光点位置的确定系统的相关技术特征可参考二维平面上激光点位置的确定方法的相关技术特征，在此不再赘述。

本发明实施例提供的一种二维平面上激光点位置的确定方法及系统，通过设计特殊的标定板，可以直接考察激光雷达的，反射激光强度和标定板平面灰度值之间的关系，进而确定激光线打在标定板上的位置，利用激光雷达中的激光强度信息进行场景识别进而实现一系列的功能。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种二维平面上激光点位置的确定方法，其特征在于，包括：

根据每一条激光线的距离信息和根据标定板的平面特征得到的平面方程，获取打在标定板上的激光线编号；

获取每一条激光线打在标定板上得到的激光线段和对应的激光强度曲线，所述激光强度曲线上的激光强度与标定板上的灰度值具有对应关系；

根据激光强度曲线，找到位于标定板有色区域边界的两条激光线的编号；

基于位于标定板边界的两条激光线的激光强度值，找到在标定板上对应的灰度值，基于灰度值，确定两条激光线打在标定板上的纵向绝对位置；

所述标定板包括有色区域和无色区域，有色区域包括在标定板宽度方向上多个交替的深色区域和浅色区域，不同深色区域和不同浅色区域的宽度不同，且同一区域的深度值在高度方向上不同。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每一条激光线的距离信息和根据标定板的平面特征得到的平面方程，得到打在标定板上的激光线编号，包括：

根据每一条激光线的编号和对应的激光距离信息，计算每一条激光线打在标定板上的点在激光坐标系中的坐标；

根据激光坐标系和标定板坐标系的变换矩阵，将每一条激光线打在标定板上的点在激光坐标系中的坐标转化为在标定板坐标系下的位置；

基于打在标定板上的激光点满足平面约束，建立平面约束方程，所述平面约束方程表征了变换矩阵、激光线编号和激光距离信息之间的关系；

基于特定的多条激光线的编号和对应的激光距离信息，求解平面约束方程；

将每一条激光线的编号和对应的激光距离信息代入到求解后的平面约束方程中进行验证，获取能够打在标定板上的激光线的编号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据每一条激光线的编号和对应的激光距离信息，计算每一条激光线打在标定板上的点在激光坐标系中的坐标，包括：

令激光线的角度分辨率为θ₀，编号Id＝n的激光线的距离信息为d_n，则该激光线在激光线坐标系中和激光线中线的夹角为nθ₀，该Id＝n的激光线打在标定板上的点在激光坐标系中的坐标为p_{n_laser}＝(d_n sin(nθ₀),d_n cos(nθ₀),0)；

所述根据激光坐标系和标定板坐标系的变换矩阵，将每一条激光线打在标定板上的点在激光坐标系中的坐标转化为在标定板坐标系下的位置，包括：

令激光坐标系和标定板坐标系的变换矩阵为T_{target_laser}，则激光坐标系中激光线末端的点在标定板坐标系下的位置为T_{target_laser}p_{n_laser}，其中：

令变换矩阵

t_{target_laser}＝[t₁ t₂ t₃]，

所述基于打在标定板上的激光点满足平面约束，建立平面约束方程，包括：

p_{n_target}＝R₃₁d_n sin(nθ₀)+R₃₂d_n cos(nθ₀)+t₃＝0；

所述基于特定的多条激光线的编号和对应的激光距离信息，求解平面约束方程，包括：

基于激光线编号为-1,0,1的激光线能够打在标定板平面上，其中，

代入平面约束方程中得到：

求解方程组得到R₃₁,R₃₂,t₃关于d₀,d₁,d_-1,θ₀的表达式，将表达式代入平面约束方程求解，得到求解后的平面约束方程。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标定板上的深度区域的灰度值大于浅色区域的深度值，相同深色区域或者相同浅色区域在高度方向上的灰度值呈阶梯单向变化，不同区域之间的灰度值差异显著大于区域内的灰度值差异，所述标定板的中间为宽度最大的浅色区域，所述无色区域位于标定板的两端边缘位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据激光强度曲线，找到位于标定板有色区域边界的两条激光线的编号，包括：

基于标定板、打在标定板上的激光线形成的激光线段以及对应的激光强度信息，在激光强度曲线上采用滑动窗口的方式识别标定板上各个不同区域的边界；

在激光强度曲线上找到激光强度阶跃最大处的两个位置点，为位于标定板有色区域边界的两条激光线打在标定板上的两个激光点。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于位于标定板边界的两条激光线的激光强度值，找到在标定板上对应的灰度值，基于灰度值，确定两条激光线打在标定板上的纵向绝对位置，包括：

根据两条激光线的激光强度值，找到对应的标定板上的灰度值；

基于灰度值在位置边界的深色区域中找到对应的纵向绝对位置。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

基于标定板上最大宽度的浅色区域，激光线段在该浅色区域上的测量长度和该浅色区域的实际设计宽度，计算激光线段在标定板的斜率；

基于激光线段的斜率，计算激光线段在每一个区域的长度以及所有激光线打在标定板有色区域的横向绝对位置。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基于标定板上最大宽度的浅色区域，激光线段在该浅色区域上的测量长度和该浅色区域的实际设计宽度，计算激光线段在标定板的斜率，包括：

假设激光线编号为m_i,m_j的两根激光线打在了宽度最大的浅色区域s的两端边界，两根激光线的距离测量结果为d_i,d_j，两根激光线的夹角θ＝(m_i-m_j)*θ₀，令其中的m_i为编号较大的激光线，则激光线段在该浅色区域测量的长度

若该浅色区域的实际设计长度为l_s，则激光线段的斜率为k＝l_s′/l_s。

9.一种二维平面上激光点位置的确定方法，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于根据每一条激光线的距离信息和根据标定板的平面特征得到的平面方程，获取打在标定板上的激光线编号；

第二获取模块，用于获取每一条激光线打在标定板上得到的激光线段和对应的激光强度曲线，所述激光强度曲线上的激光强度与标定板上的灰度值具有对应关系；

寻找模块，用于根据激光强度曲线，寻找位于标定板有色区域边界的两条激光线的编号；

确定模块，用于基于位于标定板边界的两条激光线的激光强度值，找到在标定板上对应的灰度值，基于灰度值，确定两条激光线打在标定板上的纵向绝对位置；

所述标定板包括有色区域和无色区域，有色区域包括在标定板宽度方向上多个交替的深色区域和浅色区域，不同深色区域和不同浅色区域的宽度不同，且同一区域的深度值在高度方向上不同。

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