CN114384496B - 激光雷达角度的标定方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种激光雷达角度的标定方法和系统，包括：控制所述激光雷达在扫描到预设时序时发光并在观测板上形成光斑；改变所述激光雷达和所述观测板之间的距离，形成光斑的移动轨迹；获取所述移动轨迹的角度信息。本发明解决了常规方法对测试场地、标定场以及标定装置等要求过高的问题，可快速、可靠地对每个扫描角度进行标定，且精度高。
Description
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达角度的标定方法和系统。
背景技术
随着激光雷达扫描速度的提高，扫描点密度也越来越高。但目前针对激光雷达的扫描角度的测量方法还存在一些不足，例如角度标定过程复杂，对测试场地、标定场以及标定装置等标定系统要求过高，给激光雷达角度的测量增加了难度。
发明内容
本发明实施例提供一种激光雷达角度的标定方法和系统。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种激光雷达角度的标定方法，包括：
控制所述激光雷达在扫描到预设时序时发光并在观测板上形成光斑；
改变所述激光雷达和所述观测板之间的距离，形成光斑的移动轨迹；
获取所述移动轨迹的角度信息。
可选的，所述获取所述移动轨迹的角度信息，包括：
获取图像采集设备的内参和外参；
利用所述图像采集设备采集所述移动轨迹；
根据所述移动轨迹、所述内参和所述外参计算所述移动轨迹的角度信息。
可选的，所述根据所述移动轨迹、所述内参和所述外参计算所述移动轨迹的角度信息，包括：
利用拟合算法计算所述移动轨迹在笛卡尔坐标系的姿态；
将所述姿态从笛卡尔坐标系转换到球坐标系，确定所述姿态的角度信息。
可选的，在所述利用图像采集设备采集所述移动轨迹之后，所述方法还包括：
对采集的所述移动轨迹进行图像滤波处理。
可选的，所述观测板用于将所述激光雷达发出的光转变为对所述图像采集设备可见的光。
可选的，所述预设时序包括多个不同的扫描时序；
所述获取所述移动轨迹的角度信息，包括：
获取多个所述扫描时序对应的光斑的移动轨迹的角度信息；
根据多个所述角度信息得到所述激光雷达扫描角度的标定结果。
可选的，所述多个扫描时序的数量小于所述激光雷达待标定工作扫描点的数量；
所述根据多个所述角度信息得到所述激光雷达扫描角度的标定结果，包括：
利用所述多个扫描时序对应的光斑移动轨迹的角度信息，对所述多个扫描时序对应的工作扫描点进行标定，并推算出所述激光雷达剩余待标定工作扫描点的角度信息。
可选的，所述扫描时序根据所述激光雷达的扫描轨迹确定。
可选的，所述激光雷达的扫描范围分为多个视场；
所述根据多个所述角度信息得到所述激光雷达扫描角度的标定结果，包括：
在多个视场中选取特征点；
在不同视场间进行特征点匹配，计算每个视场对应的所述特征点之间的空间位置关系；
利用所述空间位置关系将多个视场组合成激光雷达的完整视场，并得到所述激光雷达扫描角度的标定结果。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种激光雷达角度的标定系统，包括：图像采集装置、待标定激光雷达、设置在所述激光雷达下方的电动旋转台、观测板、设置在所述观测板下方的电动直线滑台和图像处理模块；
所述激光雷达在扫描到预设时序时发光，光束射至所述观测板上并在所述观测板上形成光斑；
所述电动旋转台调节所述激光雷达的扫描角度；
所述电动直线滑台调节所述激光雷达与所述观测板之间的距离，形成光斑的移动轨迹；
所述图像采集设备获取所述观测板上的光斑图像，并将所述光斑图像发送给所述图像处理模块；
所述图像处理模块根据对应距离的所述光斑图像，确定所述移动轨迹的角度信息。
本发明实施例的激光雷达角度的标定方法和系统与现有技术相比存在的有益效果是：
首先，控制激光雷达在扫描到预设时序时发光并在观测板上形成光斑；改变激光雷达和观测板之间的距离，形成光斑的移动轨迹；获取移动轨迹的角度信息，得到了雷达扫描角度的标定结果，解决了常规方法对测试场地、标定场以及标定装置等要求过高的问题，可以多点标定，可快速、可靠地对每个扫描角度进行标定，效率高，精度高。
附图说明
图1是本发明实施例提供的激光雷达角度的标定方法的实现流程示意图；
图2是图1中步骤S103的具体实现流程示意图；
图3是图2中步骤S203的具体实现流程示意图；
图4是图1中步骤S103的另一种具体实现流程示意图；
图5是图4中步骤S402的一种具体实现流程示意图；
图6是本发明实施例提供的MEMS扫描模式的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。
为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参见图1，为本实施例提供的激光雷达角度的标定方法的一个实施例实现流程示意图，详述如下：
步骤S101，控制激光雷达在扫描到预设时序时发光并在观测板上形成光斑。
步骤S102，改变激光雷达和观测板之间的距离，形成光斑的移动轨迹。
示例性的，在激光雷达的前方设置观测板，激光雷达发出的光在观测板上形成光斑，移动观测板改变激光雷达和观测板之间的距离时，会形成光斑的移动轨迹。
实际应用中，为了避免干扰，可以在暗室中进行标定，减弱环境光的影响，使得标定效果更好。
在本实施例中，观测板可以为漫反射板。应理解，本实施例对观测板的具体结构和其反射率均不进行具体限定，能够清晰地看到光斑位置即可，设备简单，要求低。
可选的，本实施例的观测板可以用于将激光雷达发出的光转变为图像采集设备可见的光。
可选的，在利用图像采集设备采集移动轨迹之后，还包括：
对采集的移动轨迹进行图像滤波处理。
示例性的，对光斑图像进行异常点滤除。异常点通常为周围环境光或光学系统反射光形成的。本实施例可以通过光斑的位置，亮度等特性，使用图像滤波算法滤掉异常点，提高标定精度。应理解，本实施例对图像滤波算法不进行具体限定。
步骤S103，获取移动轨迹的角度信息。
本实施例解决了常规方法对测试场地、标定场以及标定装置等要求过高的问题，可快速、可靠地对每个扫描角度进行标定，且精度高。
在一个实施例中，参见图2，步骤S103的获取移动轨迹的角度信息的具体实现流程包括：
步骤S201，获取图像采集设备的内参和外参。
本实施例中，图像采集设备可以为相机。图像采集设备的数量可以为1个或多个。
具体的，本实施例在标定前先利用相机标定法计算相机的内参和/或外参。例如，用来标定的相机可使用双相机或多相机，而采用双相机以及多相机时，双目相机和多目相机自身可以计算出距离信息用于确定图像中光斑位置信息，因此不需要使用外部工具确定距离信息，避免了外部距离测量信息造成的误差，能够提高标定精度。
步骤S202，利用图像采集设备采集移动轨迹。
例如，图像采集设备可以录制光斑的移动过程，得到光斑的移动轨迹。或者图像采集设备采集不同距离上的光斑图像，根据光斑图像确定光斑移动轨迹。在本实施例中不对图像采集设备采集光斑移动轨迹的具体方式进行限定。
步骤S203，根据移动轨迹、内参和外参计算移动轨迹的角度信息。
可选的，移动轨迹的角度信息可以包括移动轨迹的方位角和俯仰角。
在一个实施例中，参见图3，步骤S203的具体实现流程包括：
步骤S301，利用拟合算法计算移动轨迹在笛卡尔坐标系的姿态。
具体的，根据光斑在世界坐标系的位置，利用拟合算法计算不同距离的光斑形成的移动轨迹在笛卡尔坐标系的姿态。
步骤S302，将姿态从笛卡尔坐标系转换到球坐标系，确定姿态的角度信息。
具体的，将移动轨迹从笛卡尔坐标系转换到球坐标系，确定移动轨迹的方位角和俯仰角。
在一个实施例中，预设时序包括多个不同的扫描时序，这样可以对激光雷达的视场中的多个扫描点进行标定。进一步地，参见图4，步骤S103的获取移动轨迹的角度信息的具体实现流程包括：
步骤S401，获取多个扫描时序对应的光斑的移动轨迹的角度信息。
在本实施例中，对于多个扫描信息时序中的每一个，可以采用前述方法，获取对应的光斑的移动轨迹。
步骤S402，根据多个角度信息得到激光雷达扫描角度的标定结果。
示例性的，可以将多个角度信息进行拟合，得到激光雷达扫描角度的标定结果。
本实施例的待测激光雷达可以为任意类型的激光雷达，例如，机械旋转式激光雷达，MEMS激光雷达等。
可选的，扫描时序的数量小于激光雷达待标定工作扫描点的数量，即在激光雷达待标定工作扫描点上选取多个扫描时序，但扫描时序的数量小于待标定工作扫描点的数量。
在标定过程中，为了减小标定时的计算量，本实施例的扫描时序的数量可以小于激光雷达实际工作时在一个扫描周期内的工作扫描点(待标定工作扫描点)的数量。另外，本实施例中相邻扫描时序之间可以间隔相同数量个工作扫描点，例如，在一个扫描周期的工作扫描点数量为1000，在观测板上间隔10个工作扫描点的扫描时间设置一个扫描时序。本实施例也可以间隔随机个数工作扫描点选取扫描时序。
可选的，步骤S402中的根据多个角度信息进行拟合，得到激光雷达扫描角度的标定结果的具体实现流程包括：
利用多个扫描时序对应的光斑移动轨迹的角度信息，对多个扫描时序对应的工作扫描点进行标定，并推算出激光雷达剩余待标定工作扫描点的角度信息。
示例性的，利用最小二乘法将多个角度信息进行拟合，根据拟合结果推算出激光雷达剩余待标定工作扫描点的光斑的移动轨迹的角度信息。具体的，利用最小二乘法将一个视场中的所有光斑移动轨迹的角度拟合，可以得到包含整个视场的所有角度分布的标定结果，即标定点序号和角度的对应关系，且根据拟合结果，不仅包含标定点序号与方位角、俯仰角的对应关系，还包括该视场中未标定的扫描点(激光雷达剩余待标定工作扫描点)与方位角、俯仰角的对应关系，即可以根据拟合结果得到激光雷达在一个扫描周期内的每个工作扫描点对应的角度。
可选的，扫描时序根据激光雷达的扫描轨迹确定。
实际应用中，为了使得光斑拟合出的扫描轨迹与实际扫描轨迹更接近，本实施例可以优先选取能够反映实际扫描轨迹的关键扫描时序。例如，在雷达的扫描轨迹类似正弦轨迹时，可以选取正弦的谷峰位置和0点位置等扫描点作为预设扫描时序；例如，在雷达的扫描轨迹类似余弦轨迹时，可以选取余弦的谷峰位置和0点位置等扫描点作为预设扫描时序。另外，为了提高标定的准确性，本实施例在反映扫描轨迹的关键位置处选取的扫描时序密集，在其他位置处选取的扫描时序稀疏。
在一个实施例中，激光雷达可以分为多个视场。进一步地，参见图5，步骤S402中的根据多个角度信息得到激光雷达扫描角度的标定结果的具体实现流程包括：
步骤S501，在多个视场中选取特征点。
步骤S502，在不同视场间进行特征点匹配，计算每个视场对应的特征点之间的空间位置关系。
步骤S503，利用空间位置关系将多个视场组合成激光雷达的完整视场，并得到激光雷达扫描角度的标定结果。
当激光雷达存在多个视场时，每个视场负责不同的扫描区域，需要将多个视场拼接成一个完整视场，如图6中的MEMS激光雷达的多个视场。对于每一个视场，采用上述标定过程分别对每个视场进行标定。
示例性的，参见图6，如果激光雷达有多个视场，还可以使用ICP(IterativeClosest Point迭代最近点)算法，将不同视场中相同扫描时序对应的光斑形成的光线的角度信息统一到同一坐标系，即利用空间位置关系将多个视场组合成激光雷达的完整视场，然后根据同一坐标系的角度信息进行拟合，得到激光雷达扫描角度的标定结果，完成全视场角度标定。
本实施例对将不同视场的信息统一到同一坐标系的方法不进行限定，例如，可以先利用相机对相邻两视场中间区域拍照，以此图像计算出的坐标系参数为标准，再以此坐标系分别匹配各自视场的光斑图像，可以确定出同一坐标系的同一标定点的角度信息，以此类推，可以确定出同一坐标系的所有标定点的角度信息。
上述实施例中，激光雷达角度的标定方法可以适用于各种激光雷达，标定视场可无限放大、标定精度高，且简化了标定系统对硬件的要求，提高标定速度，提高标定精度；例如，仅需要采用一个或多个图像采集设备作为标定工具，对激光雷达进行多点定位，实现了对激光雷达的快速标定；利用多重算法对激光雷达发射角度进行推算，解决了常规方法对测试场地、标定场以及标定装置要求过高的问题；通过迭代最近点算法，在保证标定精度的情况下，大大简化了常规方法对全视场进行角度标定的难题；以及本实施例的动态标定法，相较于静态标定法，进一步提高了角度标定的精度，提高测试速度，降低测试难度。
本领域技术人员可以理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
对应于上文实施例的激光雷达角度的标定方法，本实施例提供了一种激光雷达角度的标定系统。
激光雷达角度的标定系统包括：图像采集装置、激光雷达(、设置在激光雷达下方的电动旋转台、观测板、设置在观测板下方的电动直线滑台和图像处理模块。
激光雷达在扫描到预设时序时发光，光束射至观测板上并在观测板上形成光斑。
电动旋转台调节激光雷达的扫描角度；电动直线滑台调节激光雷达与观测板之间的距离，形成光斑的移动轨迹。
图像采集设备获取观测板上的光斑图像，并将光斑图像发送给图像处理模块。本实施例对图像采集设备的个数不进行限定，可以为2个，也可以为多个。
图像处理模块根据对应距离的光斑图像，确定移动轨迹的角度信息。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模型的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种激光雷达角度的标定方法，其特征在于，包括：
控制所述激光雷达在扫描到预设时序时发光并在观测板上形成光斑；其中，所述预设时序包括多个不同的扫描时序，所述扫描时序根据所述激光雷达的扫描轨迹确定；
改变所述激光雷达和所述观测板之间的距离，形成光斑的移动轨迹；
获取所述移动轨迹的角度信息；
其中，所述获取所述移动轨迹的角度信息，包括：
获取多个所述扫描时序对应的光斑的移动轨迹的角度信息；
根据多个所述角度信息得到所述激光雷达扫描角度的标定结果；
其中，所述根据多个所述角度信息得到所述激光雷达扫描角度的标定结果，包括：
将多个所述角度信息进行拟合得到所述激光雷达扫描角度的标定结果。
2.如权利要求1所述的激光雷达角度的标定方法，其特征在于，所述获取所述移动轨迹的角度信息，包括：
获取图像采集设备的内参和外参；
利用所述图像采集设备采集所述移动轨迹；
根据所述移动轨迹、所述内参和所述外参计算所述移动轨迹的角度信息。
3.如权利要求2所述的激光雷达角度的标定方法，其特征在于，所述根据所述移动轨迹、所述内参和所述外参计算所述移动轨迹的角度信息，包括：
利用拟合算法计算所述移动轨迹在笛卡尔坐标系的姿态；
将所述姿态从笛卡尔坐标系转换到球坐标系，确定所述姿态的角度信息。
4.如权利要求2所述的激光雷达角度的标定方法，其特征在于，在所述利用图像采集设备采集所述移动轨迹之后，所述方法还包括：
对采集的所述移动轨迹进行图像滤波处理。
5.如权利要求2所述的激光雷达角度的标定方法，其特征在于，所述观测板用于将所述激光雷达发出的光转变为对所述图像采集设备可见的光。
6.如权利要求1所述的激光雷达角度的标定方法，其特征在于，所述多个扫描时序的数量小于所述激光雷达待标定工作扫描点的数量；
所述根据多个所述角度信息得到所述激光雷达扫描角度的标定结果，包括：
利用所述多个扫描时序对应的光斑移动轨迹的角度信息，对所述多个扫描时序对应的工作扫描点进行标定，并推算出所述激光雷达剩余待标定工作扫描点的角度信息。
7.如权利要求1所述的激光雷达角度的标定方法，其特征在于，所述激光雷达的扫描范围分为多个视场；
所述根据多个所述角度信息得到所述激光雷达扫描角度的标定结果，包括：
在多个视场中选取特征点；
在不同视场间进行特征点匹配，计算每个视场对应的所述特征点之间的空间位置关系；
利用所述空间位置关系将多个视场组合成激光雷达的完整视场，并得到所述激光雷达扫描角度的标定结果。
8.一种激光雷达角度的标定系统，其特征在于，包括：图像采集装置、待标定激光雷达、设置在所述激光雷达下方的电动旋转台、观测板、设置在所述观测板下方的电动直线滑台和图像处理模块；
所述激光雷达在扫描到预设时序时发光，光束射至所述观测板上并在所述观测板上形成光斑；其中，所述预设时序包括多个不同的扫描时序，所述扫描时序根据所述激光雷达的扫描轨迹确定；
所述电动旋转台调节所述激光雷达的扫描角度；
所述电动直线滑台调节所述激光雷达与所述观测板之间的距离，形成光斑的移动轨迹；
所述图像采集设备获取所述观测板上的光斑图像，并将所述光斑图像发送给所述图像处理模块；
所述图像处理模块根据对应距离的所述光斑图像，确定所述移动轨迹的角度信息；所述确定所述移动轨迹的角度信息，包括：获取多个所述扫描时序对应的光斑的移动轨迹的角度信息；将多个所述角度信息进行拟合得到所述激光雷达扫描角度的标定结果。
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