CN114460563A - 一种车载激光雷达测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆测试技术领域，具体为一种车载激光雷达测试设备，包括待测试激光雷达、测试转台、目标反射板和目标反射板调节装置，其中：所述待测试激光雷达安装在所述测试转台上，用于调整待测试激光雷达沿X轴方向的俯仰角度和沿Z轴方向的旋转角度；所述目标反射板安装在所述目标反射板调节装置上，所述目标反射板调节装置至少包括距离调节装置，用于调节所述目标反射板与所述待测试激光雷达之间的距离，实现了对于车载激光雷达的最大探测距离、最小探测距离、测距精度、水平视场角等性能参数的较为全面地测试。

Description

一种车载激光雷达测试设备

技术领域

本发明涉及车辆测试技术领域，具体为一种车载激光雷达测试设备。

背景技术

激光雷达又称三维激光扫描仪，是一种移动型三维激光扫描系统，是利用激光的传播速度快，直线型好的特点将激光发射出去，并接收返回的信息来描述被测量物体的表面形态，当被应用于汽车行业中时，一般将其直接装载于汽车上，用于驾驶视野和安全分析，但是，由于缺乏车载激光雷达的测试设置，车载激光雷达在装载应用之前并不能明确其本身准确的性能参数，导致在实际应用中容易造成偏差，因此，如何提出一种车载激光雷达测试设备是目前业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车载激光雷达测试设备，以解决上述背景技术中提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种车载激光雷达测试设备，包括待测试激光雷达、测试转台、目标反射板和目标反射板调节装置，其中：所述待测试激光雷达安装在所述测试转台上，用于调整待测试激光雷达沿X轴方向的俯仰角度和沿Z轴方向的旋转角度；所述目标反射板安装在所述目标反射板调节装置上，所述目标反射板调节装置至少包括距离调节装置，用于调节所述目标反射板与所述待测试激光雷达之间的距离。

进一步地，所述目标反射板调节装置还包括角度调节装置，所述角度调节装置用于调节所述目标反射板的垂直度，所述目标反射板调节装置还包括高度调节装置，所述高度调节装置用于调节所述目标反射板的高度。

进一步地，所述车载激光雷达测试设备还包括激光测距仪。

进一步地，所述车载激光雷达测试设备还包括光学衰减片，所述光学衰减片设置在所述待测试激光雷达与所述目标反射板之间。

进一步地，所述距离调节装置为直线电动导轨，所述直线电动导轨上设置有锁止机构。

进一步地，所述车载激光雷达测试设备还包括反射率校准装置。

进一步地，所述车载激光雷达测试设备还包括电子水平仪，所述电子水平仪用于测量所述待测试激光雷达与所述目标反射板的水平度与垂直度。

进一步地，所述目标反射板为漫反射板，所述漫反射板的反射率为2％— 99％。

进一步地，所述车载激光雷达测试设备还包括照度计。

进一步地，所述车载激光雷达测试设备还包括控制器。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过设置测试转台调整待测试激光雷达沿X轴方向的俯仰角度和沿Z轴方向的旋转角度，以及设置目标反射板调节装置调节所述目标反射板与所述待测试激光雷达之间的距离，实现了对于车载激光雷达的最大探测距离、最小探测距离、水平视场角、垂直视场角等多个性能参数的全面测试。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的测试转台的结构示意图；

图3为本发明水平视场角测试过程中点云分布情况示意图；

图4为本发明垂直视场角测试过程中点云分布情况示意图。

图中：待测试激光雷达1、测试转台2、目标反射板3、目标反射板调节装置4、距离调节装置5、角度调节装置6、高度调节装置7、激光测距仪8、光学衰减片9、锁止机构10、反射率校准装置11、电子水平仪12、照度计13、控制器14。

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，本领域普通技术工作人员员在没有做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。

请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：一种车载激光雷达测试设备，包括待测试激光雷达1、测试转台2、目标反射板3和目标反射板调节装置4，其中：所述待测试激光雷达1安装在所述测试转台2上，用于调整待测试激光雷达1沿X轴方向的俯仰角度和/或沿Z轴方向的旋转角度；所述目标反射板3安装在所述目标反射板调节装置4上，所述目标反射板调节装置4 至少包括距离调节装置5，用于调节所述目标反射板3与所述待测试激光雷达1之间的距离。

具体地，本发明提供的车载激光雷达测试设备，包括待测试激光雷达1、测试转台2、目标反射板3和目标反射板调节装置4，在各个性能参数测试开始之前都需要先实现设备的安装。首先，将待测试激光雷达1安装在所述测试转台2上，且测试转台2的旋转中心应经过待测试激光雷达1的旋转中心，所述测试转台2可采用RC01RA100-2电动伺服二维转台(如图2所示)，用以实现被待测试激光雷达1沿X轴方向的俯仰角度和/或沿Z轴方向的旋转角度调整，并且能够通过千分尺记录待测试激光雷达1的绝对角度；然后，将目标反射板3安装在目标反射板调节装置4上，所述目标反射板调节装置4至少包括距离调节装置5，调节所述目标反射板3与所述待测试激光雷达1之间的距离，可调整距离可设置为0至300米；当然目标反射板调节装置4还可以包括其他调节装置，如角度调节装置和/或高度调节装置，此处不做具体限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述目标反射板调节装置4还包括角度调节装置6，所述角度调节装置6用于调节所述目标反射板3的垂直度，所述目标反射板调节装置4还包括高度调节装置7，所述高度调节装置7用于调节所述目标反射板3的高度。

具体地，所述目标反射板调节装置4还包括角度调节装置6，所述角度调节装置6用于调节所述目标反射板3的垂直度；另外，所述目标反射板调节装置4还可以包括高度调节装置7，所述高度调节装置7用于调节所述目标反射板3的高度，所述高度调节装置可选用电动伸缩杆。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述车载激光雷达测试设备还包括激光测距仪8。

具体地，为了对待测试激光雷达1与目标反射板3之间的距离做校准，需要获得待测试激光雷达1与目标反射板3之间的距离真实值，所述距离真实值可以采用物理测量，即用激光测距仪8测量待测激光雷达1和目标反射板3之间的距离真实值，用该距离真实值对待测激光雷达1探测的测量值进行校准；可采用长距离、高精度激光测距仪(例如徕卡S910)测量待测试激光雷达1与目标反射板3之间的距离。物理测量的优点是测量结果置信度高，缺点为对场地空间要求较大，待测试激光雷达1最大探测距离为300米，则车载激光雷达测试设备的总占地预估需要302000×2400×2000mm。当然也可以选择其他距离测量装置进行待测激光雷达1和目标反射板3之间的距离真实值的测量，具体可根据实际情况进行设置和调整，本申请不做具体限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述车载激光雷达测试设备还包括光学衰减片9，所述光学衰减片设置在所述待测试激光雷达1与所述目标反射板3之间。

具体地，除了物理测量之外，还可以采用激光衰减模拟测量的方法测量待测激光雷达1和目标反射板3之间的距离真实值。激光衰减模拟测量为在待测试激光雷达1与目标反射板3之间增加光学衰减片9，以达到减弱激光强度，模拟增加测量距离的目的，模拟的距离同样可用激光测距仪8进行校准。其优点在于节省测试场地，如要达到最大探测距离300米的测试条件，则只需要场地尺寸为300000×2000×1600mm，缺点是由于激光测距仪8与待测试激光雷达的激光波长不同，存在测量误差。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述距离调节装置为直线电动导轨，所述直线电动导轨上设置有锁止机构10。

具体地，由于目标反射板3移动距离较长且保证目标反射板3与待测试激光雷达1之间距离的连续可调，因而采用直线电动滑轨保证目标反射板3 相对待测试激光雷达1的直线度误差，并且所述直线电动导轨具有锁止机构，保证目标反射板3移动至不同位置时固定性能稳定。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述车载激光雷达测试设备还包括反射率校准装置11。

具体地，由于反射率是激光雷达对于目标物探测最为敏感的指标，同时也是激光雷达的重要性能参数指标，所以在测试过程中需要不断对目标反射板3的反射率进行校准，并记录校准数据，才能够尽可能提高测试准确性。因而，本申请提供的所述车载激光雷达测试设备还包括反射率校准装置11，能够对漫反射目标板的反射率进行校准，适用于对多次测量后目标反射板的反射率校准，支持NIST溯源。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述车载激光雷达测试设备还包括电子水平仪12，所述电子水平仪12用于测量所述待测试激光雷达1与所述目标反射板3的水平度与垂直度。

具体地，在待测试激光雷达1测试开始之前，需要确认待测试激光雷达1 的水平安装角度和竖直安装角度，以及目标反射板3的水平度和垂直度，以保满足测试条件。例如，可选用晶研TLL-90S高精度电子水平仪，其双轴量程±90°，测量精度0.005°；当然，也可以采用型号的电子水平仪，具体可以根据实际情况设置，此处不做具体限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述目标反射板3为漫反射板，所述漫反射板的反射率为2％至99％。

具体地，基于车载激光雷达的工作原理，待测试激光雷达1的性能参数与目标反射板3的反射率密切相关，因此，选择反射率均匀且可被计量校准的漫反射板作为目标反射板。本申请采用反射率为2％至99％的漫反射板作为目标反射板3，且所述漫反射板可支持NIST溯源。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述车载激光雷达测试设备还包括照度计13。

具体地，所述车载激光雷达测试设备还包括照度计13，用于测量并记录不同测试条件下待测试激光雷达的照度值。

在上述各实施例中，所述车载激光雷达测试设备还包括控制器14。

具体地，为保证测试质量，所述车载激光雷达测试设备还包括控制器14，本申请采用单独的上位机系统作为控制器14对车载激光雷达测试设备的各个部件进行控制以及采集和处理待测试激光雷达1的点云数据。具体主要实现包括但不限于以下功能：对车载激光雷达测试设备中的测试转台2、距离调节装置5等设备执行器进行控制，以及记录测试转台2的角度位置、距离测量值和真实值等数据；运行与车载激光雷达测试设备中各个部件相应的控制软件，实现待测试激光雷达1的点云的单帧录制与连续录制，并保存数据；运行各个测试参数计算软件，根据相应的测试方法和数据统计方法对待测试激光雷达1的点云数据进行处理，自动生成测试报告。

下面通过所述车载激光雷达具体的使用方法进一步说明本实施例的技术方案。

表1车载激光雷达主要性能参数

上述各个性能参数的具体测试过程如下所述：

(1)最大探测距离

最大探测距离是在某一确定的光照强度下，将反射率为R、尺寸为X*Y的目标反射板作为检测目标，保证探测概率为P时所能探测的最远距离。其中，探测概率P为：根据待测试激光雷达1的角度分辨率和光斑尺寸大小，综合计算尺寸为X*Y的目标反射板3在距离D下的理论点的个数为N₁，连续统计 1000帧目标反射板3的扫描点云总数为N₂，则探测概率P＝N₂/N₁*100％。

具体测试步骤如下：首先，将反射率为R的目标反射板3置于目标反射板调节装置5上，并且将待测试雷达1安装在测试转台2上，测试转台2的旋转中心经过待测试雷达1的中心，然后通过距离调节装置5连续移动目标反射板3，实现测量距离连续可调，利用激光测距仪和/或光学衰减片记录距离真实值。在不同距离点下，统计连续的1000帧数据中反射率板的目标点总数N，然后计算探测概率P。

具体统计方法为：1)在Dmax距离下，计算确认理论点的个数N₁；2)统计每个测远通道点的平均个数，算出该距离下各通道的探测概率P；3)接着计算所有测远通道的平均探测概率；4)根据设定的探测概率通过值来确定最大探测距离参数。

(2)最小探测距离

最小探测距离(又称盲区)是在某一确定的光照强度下，将反射率为R、尺寸为X*Y的目标反射板作为检测目标，保证探测概率为P时所能探测的最近距离。

最小探测距离的测试步骤与最大探测距离的测试步骤类似，同样是在不同距离点下，统计连续的1000帧数据中反射率板的目标点总数N，然后计算探测概率P。

最小探测距离的统计方法为：1)在Dmin距离下，计算确认理论点的个数N₁；2)分析数据，统计每个测近通道点的平均个数，算出该距离下各通道的探测概率P；3)计算所有测近通道的平均探测概率；4)根据设定的探测概率通过值来确定最小探测距离。

(3)测距精度

测距精度是指在某一确定的光照强度下，将反射率为R、尺寸为X*Y的目标反射板作为检测目标，保证探测概率为P时，距离测量值和距离真实值之间的误差；其中，将待测试激光雷达的距离测量结果作为距离测量值，将激光测距仪的测量结果作为距离真实值。

具体测试步骤如下：按照待测试雷达标注的最大探测距离Dmax设置如下的测距点，分别为：Dmax/16，Dmax/8，Dmax/4，Dmax/2、Dmax。在每个测距点下，以激光测距仪作为坐标原点，测量待测试激光雷达出光中心相对坐标值，以及目标反射板竖直中心线上与激光雷达等高点的相对坐标，利用两点间距离公式计算待测试激光雷达出光中心与反射板间的距离作为距离真实值；在每个测距点下，将目标反射板锁定使其静止，连续采集待测激光雷达超过100帧数据，并筛选出100帧包含待测试雷达测量距离的数据信息，将这些数据作为距离测量值。

测距精度的统计方法为：1)根据有效点在目标反射板上的位置及拟合的目标反射板平面坐标信息确定有效点的距离真实值；2)根据测试数据，分别统计计算出单通道的距离测量值，所有通道的距离测量值取平均值，则测距精度的计算公式如下：

其中，d_i为单次距离测量值；

为平均距离测量值；d为距离真实值。

(4)水平视场角

为了表征激光雷达水平方向的视场角范围，将反射率为R的目标反射板作为检测目标，在其左侧边缘竖直贴一张反射率为S的反射条，且S>R，水平旋转待测试激光雷达，记录一定距离处反射条保持在视场内时待测试激光雷达相对初始位置水平方向转过的角度，此角度即为待测试激光雷达的水平视场角。

水平视场角测试步骤如下：1)在待测试激光雷达正前方距离D＝Z米处放置反射率为10％的目标反射板，选择宽度为a的反射率为90％的反射条竖直贴至反射率为10％的目标反射板左侧边缘位置，并使待测试激光雷达法线中心正对反射条中心，此时目标反射板的点云分布情况。2)顺时针旋转待测试激光雷达，观察点云直至反射条对应点云消失在左侧视场内，再小步进逆时针旋转待测试激光雷达，观察点云直至反射条对应点云刚刚出现在待测试激光雷达最左侧波位，记录此时激光雷达水平方向相对初始位置旋转过的角度记为α1；3)调整转台将激光雷达恢复至初始位置，逆时针旋转待测试激光雷达，观察点云直至反射条对应点云消失在右侧视场内，再小步进顺时针旋转激光雷达，观察点云直至反射条对应点云刚刚出现在激光雷达最右侧波位，记录此时待测试激光雷达水平方向相对初始位置旋转过的角度记为α2；计算水平视场角HFOV₁＝α1+α2-θ。

(5)水平角分辨率

水平角分辨率为表征待测试激光雷达水平方向点云可分辨的最小角度的参数，其物理意义为待测试激光雷达在水平方向上相邻两个探测点之间的角度间隔。

水平角分辨率测试步骤如下：1)在待测试激光雷达正前方距离D＝Z米处放置反射率为10％的目标反射板，选择宽度为a的反射率为90％的反射条竖直贴至反射率为10％的目标反射板的左侧边缘位置，并使激光雷达法线中心正对反射条中心，目标反射板的点云分布情况；2)小步进水平旋转待测试激光雷达，观察点云直至反射条对应点云从一个波位移动到相邻的下一个波位，待测试激光雷达水平方向旋转过的角度，即为当前两波位的水平角分辨率；3) 遍历待测试激光雷达水平方向所有波位，测量每相邻两个波位间的水平角分辨率，并绘制水平角分辨率关于水平波位数的波动图形。

(6)垂直视场角

为了表征待测试激光雷达垂直方向的视场角范围，将反射率为R的目标反射板作为检测目标，在其左侧边缘竖直贴一张反射率为S的反射条，且S>R，水平旋转待测试激光雷达，记录一定距离处反射条保持在视场内时待测试激光雷达相对初始位置竖直方向转过的角度，此角度即为激光雷达垂直视场角。

垂直视场角的测试步骤如下：1)在待测试激光雷达正前方距离D＝Z米处放置反射率为10％的目标反射板，选择宽度为a的反射率为90％的反射条水平贴至反射率为10％的目标反射板上方边缘位置，并使待测试激光雷达法线中心正对所述反射条的中心，目标反射板的点云分布情况；2)：向上俯仰旋转待测试激光雷达，观察点云直至反射条对应点云消失在下方视场内，再小步进向下旋转待测试激光雷达，观察点云直至反射条对应点云刚刚出现在待测试激光雷达下方视场内，记录此时待测试激光雷达俯仰方向相对初始位置旋转过的角度记为β₁；3)调整测试转台将待测试激光雷达恢复至初始位置，向下俯仰旋转待测试激光雷达，观察点云直至反射条对应点云消失在上方视场内，再小步进向上旋转待测试激光雷达，观察点云直至反射条对应点云刚刚出现在待测试激光雷达上方视场，记录此时待测试激光雷达俯仰方向相对初始位置旋转过的角度记为β₂；4)计算垂直视场角HFOV₂＝β₁+β₂-θ。

(7)垂直角分辨率

垂直角分辨率为表征待测试激光雷达竖直方向点云可分辨的最小角度的参数，其物理意义为待测试激光雷达在竖直方向上相邻两个探测点之间的角度间隔。

垂直角分辨率的测试步骤如下：1)在待测试激光雷达正前方距离D＝Z米处放置反射率为10％的目标反射板，选择宽度为a的反射率为90％的反射条水平贴至反射率为10％的目标反射板上方边缘位置，并使待测试激光雷达法线中心正对所述反射条的中心，目标反射板的点云分布情况；2)小步进俯仰旋转待测试激光雷达，观察点云直至反射条对应点云从当前线移动到相邻线，记录此时待测试激光雷岱的俯仰旋转的角度，即为当前两线之间的竖直角度分辨率。3)遍历待测试激光雷达竖直方向所有线，测量每相邻两个线间的竖直角分辨率，并绘制竖直角分辨率关于竖直线数的波动图形。

(8)角度精度

角度精度反映目标反射板在空间坐标系中相对于待测试激光雷达的角度测量值与角度真实值之间的误差。所有测试指标全部叠加100帧连续数据后进行统计分析，所有测量值的标准差σ₁，反映角度测量值的随机误差和稳定性，即角度精度。

角度精度的测试步骤如下：1)统计水平方向各个通道内1000帧的角度测量值，计算各通道角度测量值标准差σ₁，即为待测试激光雷达水平方向不同通道的角度精度；2)换取反射率为90％的目标反射板，重复上述步骤，获取待测试激光雷达针对不同反射率的目标反射板的各通道的角度精度。

(9)平面度精度

平面度精度反映待测试激光雷达点云数据的平面位置测量值与平面位置真实值的之间误差分布的离散程度。

平面度精度的测试步骤如下：1)在待测试激光雷达正前方10m/50m位置，放置尺寸为2m*2m、反射率为10％的目标反射板，保证平面与待测试激光雷达法线方向垂直，且保证待测试激光雷达法线方向正对目标反射板水平中心位置，读取点云数据，目标反射板对应点云数量宜不小于15；2)分析数据计算平面度精度，在某一帧上筛选出目标反射板对应所有点(总数为n)的坐标值 (x_i,y_i,z_i)(i＝1,2,3,…n)，设拟合平面方程为a*x+b*y+c*z+d＝0，利用最小二乘拟合平面法得到目标反射板点云坐标拟合平面，利用点到平面距离计算公式计算目标反射板对应所有点到该拟合平面的距离分别为r₁,r₂,r₃…r_i… r_n，利用如下公式计算平面度精度：

其中：P为平面度精度，n为目标反射板对应所有点的总数，r_i为第i个点到该拟合平面的距离。

(10)反射率精度

反射率精度反映待测试激光雷达探测反射率的测量值与目标反射板的反射率真实值之间的误差。

反射率精度测试步骤如下：1)在每个确定的反射率为R的目标反射板及确定距离参数下，分析实际测量数据，分别计算出所有通道的反射率的测量值；2)反射率标准差σ₂计算公式如下：

其中:d_i为第i次测量的反射率的测量值，

为反射率的测量值的平均值，N为测量次数；3)按照如下公式计算反射率精度e：

其中，e为反射率精度，σ₂为反射率标准差，R为目标反射板的反射率的真实值。

最后应说明的是：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。

Claims (10)

1.一种车载激光雷达测试设备，其特征在于：包括待测试激光雷达、测试转台、目标反射板和目标反射板调节装置，其中：所述待测试激光雷达安装在所述测试转台上，用于调整待测试激光雷达沿X轴方向的俯仰角度和沿Z轴方向的旋转角度；所述目标反射板安装在所述目标反射板调节装置上，所述目标反射板调节装置至少包括距离调节装置，用于调节所述目标反射板与所述待测试激光雷达之间的距离。

2.根据权利要求1所述的一种车载激光雷达测试设备，其特征在于：所述目标反射板调节装置还包括角度调节装置，所述角度调节装置用于调节所述目标反射板的垂直度，所述目标反射板调节装置还包括高度调节装置，所述高度调节装置用于调节所述目标反射板的高度。

3.根据权利要求1所述的一种车载激光雷达测试设备，其特征在于：所述车载激光雷达测试设备还包括激光测距仪。

4.根据权利要求3所述的一种车载激光雷达测试设备，其特征在于：所述车载激光雷达测试设备还包括光学衰减片，所述光学衰减片设置在所述待测试激光雷达与所述目标反射板之间。

5.根据权利要求3或4所述的一种车载激光雷达测试设备，其特征在于：所述距离调节装置为直线电动导轨，所述直线电动导轨上设置有锁止机构。

6.根据权利要求1所述的一种车载激光雷达测试设备，其特征在于：所述车载激光雷达测试设备还包括反射率校准装置。

7.根据权利要求1所述的一种车载激光雷达测试设备，其特征在于：所述车载激光雷达测试设备还包括电子水平仪，所述电子水平仪用于测量所述待测试激光雷达与所述目标反射板的水平度与垂直度。

8.根据权利要求1所述的一种车载激光雷达测试设备，其特征在于：所述目标反射板为漫反射板，所述漫反射板的反射率为2％—99％。

9.根据权利要求1所述的一种车载激光雷达测试设备，其特征在于：所述车载激光雷达测试设备还包括照度计。

10.根据权利要求6-9任意一项所述的一种车载激光雷达测试设备，其特征在于：所述车载激光雷达测试设备还包括控制器。

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