CN114636370A - 激光雷达测量光斑位置探测方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开一种激光雷达测量光斑位置探测方法、装置、系统、电子设备及存储介质，其中所述方法包括：控制红外相机拍摄落有激光雷达测量光斑的激光靶板，得到有误差的第一激光靶板影像；利用仿射变换参数校正有误差的第一激光靶板影像，得到零误差的第一激光靶板影像；确定激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标，作为光斑中心点影像坐标；按照像素当量，对光斑中心点影像坐标进行缩放，得到激光雷达测量光斑中心点在激光靶板上的实际位置坐标。本发明实施例提供的技术方案可适用于激光雷达的误差检校场景，能够解决激光雷达测距过程中激光光斑位置获取困难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及激光雷达测距技术领域领域，尤其涉及一种激光雷达测量光斑位置探测方法、装置、系统、电子设备及存储介质。
背景技术
激光雷达(LiDAR，Light Detection and Ranging)是一种基于激光进行探测与测距的仪器。激光雷达测距原理是通过发射激光脉冲并接收反射信号，记录信号发射时间和信号接收时间差，计算目标与激光发射位置的距离。由于激光雷达在测距过程中对物体进行无接触测量，导致测距过程中激光光斑落在测量对象的具体位置未知，这就造成测量数据无法与测量对象的真实(或参考)数据进行比对以获取其误差并进行检校工作。
位置敏感探测器(PSD)是一种可以探测光斑位置的光学传感器，利用位置敏感探测器可以对光斑进行捕捉，但PSD具有特定的光谱响应范围，在目标检测光源范围外，易受到外界光源的干扰，不能解决不同波段的激光雷达光斑探测问题。另外，激光扫描仪的光斑点在测量过程中分布发散，难以确定光斑点的具体点位，利用PSD对光斑点进行探测，需要布设的面积较大，成本可观。
CCD(charge coupled device，电荷耦合器件)相机可以对激光光斑进行成像，根据光斑成像规律对光斑质心点进行确定，其造价较低、操作简便等优点使大多激光雷达用户对激光光斑位置探测成为可能，然而普通的光学CCD相机在激光成像过程中需要对实验环境进行特殊处理，消除自然界中的光线对光斑成像的影响，成像结果信噪比低，可信度下降。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种激光雷达测量光斑位置探测方法、装置、系统、电子设备及存储介质，以解决激光雷达测距过程中激光光斑位置获取困难的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种激光雷达测量光斑位置探测方法，该方法包括：
控制红外相机拍摄落有激光雷达测量光斑的激光靶板，得到有误差的第一激光靶板影像；
利用仿射变换参数校正有误差的第一激光靶板影像，得到零误差的第一激光靶板影像；
确定激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标，作为光斑中心点影像坐标；
按照像素当量，对光斑中心点影像坐标进行缩放，得到激光雷达测量光斑中心点在激光靶板上的实际位置坐标。
进一步的，所述方法还包括：
控制红外相机拍摄落有至少3个控制点的激光靶板，得到有误差的第二激光靶板影像；
获取控制点在有误差的第二激光靶板影像的坐标；
获取控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标；
利用获取到的控制点的两个坐标，计算仿射变换参数。
进一步的，所述至少3个控制点设置在激光靶板上；
获取控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标，包括：
获取测量设备测量得到的控制点在激光靶板上的实际位置坐标；
按照像素当量，对控制点在激光靶板上的实际位置坐标进行缩放，得到控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标。
进一步的，利用获取到的控制点的两个坐标，计算仿射变换参数，包括：
按照如下公式，计算仿射变换参数：
其中：(x’n，y’n)为第n个控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标；
(un，vn)为第n个控制点在有误差的第二激光靶板影像的坐标；
n分别取值为1、2和3。
进一步的，所述方法还包括：
按照如下公式，计算像素当量：
其中，f为红外相机焦距，s为红外相机到激光靶板的实际距离，μ为红外相机像素尺寸。
进一步的，确定激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标，包括：
根据激光雷达测量光斑能量分布特点，利用高斯曲面拟合激光雷达测量光斑，计算激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标。
进一步的，计算激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标，包括：
计算方程α＝A-1G最小二乘拟合的极小范数解
其中方程中：
g(pi，qi)为零误差的第一激光靶板影像中坐标为(pi，qi)处的灰度值，i为大于1且小于等于ξ的整数，ξ取值为激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中所占的像素个数；
利用公式
计算得到激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标(p0，q0)。
第二方面，本发明实施例提供一种激光雷达测量光斑位置探测装置，所述装置包括：
光斑影像拍摄单元，用于控制红外相机拍摄落有激光雷达测量光斑的激光靶板，得到有误差的第一激光靶板影像；
光斑影像校正单元，用于利用仿射变换参数校正有误差的第一激光靶板影像，得到零误差的第一激光靶板影像；
光斑中心点影像坐标确定单元，用于确定激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标，作为光斑中心点影像坐标；
光斑中心点实际坐标确定单元，用于按照像素当量，对光斑中心点影像坐标进行缩放，得到激光雷达测量光斑中心点在激光靶板上的实际位置坐标。
进一步的，所述装置还包括：
控制点影像拍摄单元，用于控制红外相机拍摄落有至少3个控制点的激光靶板，得到有误差的第二激光靶板影像；
控制点影像坐标第一获取单元，用于获取控制点在有误差的第二激光靶板影像的坐标；
控制点影像坐标第二获取单元，用于获取控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标；
仿射变换参数计算单元，用于利用控制点影像坐标第一、第二获取单元获取到的控制点的两个坐标，计算仿射变换参数。
进一步的，所述至少3个控制点设置在激光靶板上；
控制点影像坐标第二获取单元用于获取控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标，包括：
获取测量设备测量得到的控制点在激光靶板上的实际位置坐标；
按照像素当量，对控制点在激光靶板上的实际位置坐标进行缩放，得到控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标。
进一步的，仿射变换参数计算单元用于利用控制点影像坐标第一、第二获取单元获取到的控制点的两个坐标，计算仿射变换参数，包括：
按照如下公式，计算仿射变换参数：
其中：(x’n，y’n)为第n个控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标；
(un，vn)为第n个控制点在有误差的第二激光靶板影像的坐标；
n分别取值为1、2和3。
进一步的，所述装置还包括：
像素当量单元，用于按照如下公式，计算像素当量：
其中，f为红外相机焦距，s为红外相机到激光靶板的实际距离，μ为红外相机像素尺寸。
进一步的，光斑中心点影像坐标确定单元用于确定激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标，包括：
根据激光雷达测量光斑能量分布特点，利用高斯曲面拟合激光雷达测量光斑，计算激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标。
进一步的，光斑中心点影像坐标确定单元用于计算激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标，包括：
计算方程α＝A-1G最小二乘拟合的极小范数解
其中方程中：
g(pi，qi)为零误差的第一激光靶板影像中坐标为(pi，qi)处的灰度值，i为大于1且小于等于ξ的整数，ξ取值为激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中所占的像素个数；
利用公式
计算得到激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标(p0，q0)。
第三方面，本发明实施例提供一种激光雷达测量光斑位置探测系统，所述系统包括：红外相机、激光雷达、激光靶板以及如上所述的激光雷达测量光斑位置探测装置。
进一步的，激光靶板为矩形或正方形平面靶板；控制点为设置在激光靶板上能够被红外相机感光且区别于激光靶板的目标点。
第四方面，本发明实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括：壳体、处理器、存储器、电路板和电源电路，其中，电路板安置在壳体围成的空间内部，处理器和存储器设置在电路板上；电源电路，用于为上述电子设备的各个电路或器件供电；存储器用于存储可执行程序代码；处理器通过读取存储器中存储的可执行程序代码来运行与可执行程序代码对应的程序，用于执行前述第一方面所述的激光雷达测量光斑位置探测方法。
第五方面，本发明的实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个中央处理器执行，以实现前述第一方面所述的激光雷达测量光斑位置探测方法。
为了消除自然界中的光线对激光光斑成像的影响，结合激光波长与红外相机感光波长相近的特点，本发明实施例提出一种利用红外相机对激光光斑进行捕捉的方案，在激光雷达测量过程中通过对激光波长感光的红外相机来捕捉激光光斑，可消除可见光等其他波长光线对激光光斑的成像影响，确定激光雷达在测量过程中的实际测量位置，该方案对激光雷达测量误差的检定和检校具有重要的意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的技术方案所适用的一种系统架构示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种激光雷达测量光斑位置探测方法的流程图；
图3为本发明实施例二提供的一种激光雷达测量光斑位置探测方法的流程图；
图4为本发明实施例三提供的一种激光靶板上的控制点布设示意图；
图5为本发明实施例三提供的一种红外相机成像原理示意图；
图6为本发明实施例三提供的一种红外相机成像及影像处理方法示意图；
图7A为本发明实施例三提供的一种理想情况下零误差的落有激光雷达测量光斑的激光靶板影像图；
图7B为本发明实施例三提供的一种实际拍摄的有误差的落有激光雷达测量光斑的激光靶板影像图；
图8为本发明实施例三提供的一个激光雷达测量光斑在零误差的落有激光雷达测量光斑的激光靶板影像放大前后的示意图；
图9为本发明实施例四提供的一种激光雷达测量光斑位置探测装置的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
为解决现有技术在激光雷达测距过程中激光光斑位置获取困难，存在成本较高、复杂度高的问题，本发明实施例提供一种利用红外相机对激光雷达测量光斑位置进行捕捉的方案，可以为激光雷达误差检测和检校提供可靠的数据支持。
参见图1，本发明实施例提供的技术方案所适用的系统架构可包括：激光雷达、激光靶板、成像子系统以及信号处理子系统。其中，成像子系统包括红外相机和红外镜头；激光靶板为矩形或正方形平面靶板，靶板表面为短波红外漫反射材料，涂层或表面处理耐用不易损伤；信号处理子系统可作为单独的电子设备与红外相机信号连接。系统内各设备间的交互过程如下：
激光雷达发出测量光斑并控制该测量光斑落在激光靶板上；
信号处理子系统控制红外相机捕捉激光靶板，得到带有测量光斑的激光靶板影像；
信号处理子系统对所述激光靶板影像进行误差校正，之后从校正后的激光靶板影像中找到光斑中心点坐标，最后将找到的光斑中心点影像坐标换算为光斑在激光靶板上的实际位置坐标。
说明一点，信号处理子系统还可以内嵌在成像子系统乃至红外相机内，或者内嵌在激光雷达中，本发明实施例不做具体限定。并且，激光靶板的形状也并不仅限于矩形或正方形，只要其形状的设计能够根据红外相机影像坐标准确定位出激光靶板上任意点的实际位置坐标即可。
下面以上述系统架构图为基础，详细阐述本发明实施例提供的技术方案。
实施例一
本实施例提供一种激光雷达测量光斑位置探测方法，该方法可以由对应的激光雷达测量光斑位置探测装置执行，其中所述装置可以由软件和/或硬件实现，被部署在系统架构中的信号处理子系统中。参见图2，该方法具体包括如下步骤201-204。
步骤201、控制红外相机拍摄落有激光雷达测量光斑的激光靶板，得到有误差的第一激光靶板影像。
在本发明实施例中，激光雷达可以为移动激光雷达LiDAR，激光雷达测量光斑指的是：在激光雷达出厂前检校过程中，确定激光雷达测量对象的具体位置时所采用的激光光斑。在本步骤201之前，激光雷达应预先发出测量光斑并控制该测量光斑落在激光靶板上。由于红外相机感光波长与激光波长相当，因此本发明实施例中利用红外相机来捕捉激光光斑进行成像得到落有激光雷达测量光斑的第一激光靶板影像，这样能够消除可见光等其他波长光线对激光光斑的成像影响。而在成像的过程中，受相机自身以及周围环境等因素的影响，会使得落有激光雷达测量光斑的第一激光靶板影像并不能够真实反映实际情况，也就是说第一激光靶板影像是存在误差的，影像中的光斑位置发生了偏移。
步骤202、利用仿射变换参数校正有误差的第一激光靶板影像，得到零误差的第一激光靶板影像。
在本步骤中，仿射变换参数为描述零误差的激光靶板影像像素与有误差的激光靶板影像像素之间映射关系的参数，该参数可预先计算好或者由本领域技术人员根据经验直接设定。利用仿射变换参数，能够将有误差的第一激光靶板影像校正为零误差的第一激光靶板影像。
步骤203、确定激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标，作为光斑中心点影像坐标。
在得到零误差的第一激光靶板影像后，定位该影像中的激光雷达测量光斑中心点，将该中心点在影像坐标系中的坐标作为光斑中心点影像坐标。
示例性的，本步骤203包括：根据激光雷达测量光斑能量分布特点，利用高斯曲面拟合激光雷达测量光斑，计算激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标。具体的：
(1)取高斯曲面函数
其中，g(p，q)为影像上坐标为(p，q)处的灰度值，(p0，q0)为激光雷达测量光斑中心点，σ、k为待确定参数；
(2)对函数
两边取对数，得到：
(3)令
其中：
g(pi，qi)为零误差的第一激光靶板影像中坐标为(pi，qi)处的灰度值，i为大于1且小于等于ξ的整数，ξ取值为激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中所占的像素个数。具体实施时，可以利用激光雷达测量光斑中心点灰度与背景灰度差异确定ξ值，例如，ξ值为零误差的第一激光靶板影像中与周围预设区域内背景灰度值的差异达到设定阈值的像素个数。当然，ξ值还可以由本领域技术人员根据经验预先设定。
进而，根据(2)中得到的公式，得到方程α＝A-1G；
(4)计算方程α＝A-1G最小二乘拟合的极小范数解
(5)由上述(3)中公式可知：
由此计算得到激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标(p0，q0)。
步骤204、按照像素当量，对光斑中心点影像坐标进行缩放，得到激光雷达测量光斑中心点在激光靶板上的实际位置坐标。
其中，像素当量为描述影像与实际拍摄对象缩放关系的参数，指一个像素表示的实际拍摄对象的大小。具体实施时，可按照如下公式，计算像素当量m：
其中，f为红外相机焦距，s为红外相机到激光靶板的实际距离，μ为红外相机像素尺寸。
当影像坐标系与激光靶板坐标系为简单的比例缩放关系时，激光雷达测量光斑中心点在激光靶板上的实际位置坐标为在零误差的第一激光靶板影像中的坐标(p0，q0)除以m，即：
当然，影像坐标系与激光靶板坐标系也可为其它对应关系，只要能够根据该其它关系和像素当量得到激光雷达测量光斑中心点在激光靶板上的实际位置坐标，均在本发明实施例保护的范围之内。
实施例二
本实施例在上述实施例一的基础上，进一步增加如何确定仿射变换参数的步骤。参见图3，本实施例提供的激光雷达测量光斑位置探测方法具体包括如下步骤301-308。
步骤301、控制红外相机拍摄落有至少3个控制点的激光靶板，得到有误差的第二激光靶板影像。
本实施例中，在激光靶板设置至少3个控制点，利用控制点分别在有误差的激光靶板影像上的坐标和在零误差的激光靶板影像上的坐标，计算得到仿射变换参数。其中，控制点用于影像校正，为设置在激光靶板上能够被红外相机感光且区别于激光靶板的目标点，如红外LED光源，具体可以将红外LED灯从激光靶板背面安置在钻孔中，灯头部不超过激光靶板平面，激光靶板的红外LED灯组供电装置采用锂电池组。典型的，这些控制点被设置在激光靶板的边缘区域，且较大范围地覆盖激光靶板边缘区域。
设置在激光靶板上的控制点发出红外光，红外相机拍摄激光靶板得到带有控制点的激光靶板影像，称之为有误差的第二激光靶板影像。
步骤302、获取控制点在有误差的第二激光靶板影像的坐标。
在生成有误差的第二激光靶板影像后，定位该影像中的控制点，得到该控制点在影像坐标系中的坐标(u，v)。
步骤303、获取控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标。
示例性的，本步骤303包括：获取测量设备测量得到的控制点在激光靶板上的实际位置坐标；按照像素当量，对控制点在激光靶板上的实际位置坐标进行缩放，得到控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标。
其中，测量设备可以是高精度的全站仪或经纬仪，该设备能够准确测量出控制点在激光靶板的实际位置坐标(x，y)以及红外相机到激光靶板的实际距离s。控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标(x’，y’)＝(m*x，m*y)。
步骤304、利用获取到的控制点的两个坐标，计算仿射变换参数。
在本步骤304中，可从多个控制点中任意选取或者按照预设的其它选取规则选取3个控制点，利用选取的每个控制点的两个坐标(u，v)和(X’，y’)求取仿射变换参数。
示例性的，按照如下公式，计算仿射变换参数：
其中：(x’n，y’n)为第n个控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标；
(un，vn)为第n个控制点在有误差的第二激光靶板影像的坐标；
n分别取值为1、2和3。
步骤305、控制红外相机拍摄落有激光雷达测量光斑的激光靶板，得到有误差的第一激光靶板影像。
步骤306、利用仿射变换参数校正有误差的第一激光靶板影像，得到零误差的第一激光靶板影像。
步骤307、确定激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标，作为光斑中心点影像坐标。
步骤308、按照像素当量，对光斑中心点影像坐标进行缩放，得到激光雷达测量光斑中心点在激光靶板上的实际位置坐标。
需要说明的是，本实施例中在拍摄落有至少3个控制点的激光靶板和落有激光雷达测量光斑的激光靶板时，红外相机与激光靶板的相对位置始终保持不变，典型的，红外相机与激光靶板均保持位置不变。
实施例三
本实施例以上述各实施例为基础，提供一优选实施例。基于图1提供的系统架构，下面详细介绍一种激光雷达测量光斑位置探测方法。
1、激光靶板设计及控制点布设，移动激光雷达LiDAR、红外相机安置。
其中，激光靶板为矩形或正方形平面目标，控制点设置在激光靶板边缘区域，较大范围覆盖激光靶板。优选的：激光靶板尺寸为130cm×110cm，激光靶板表面为短波红外漫反射材料，涂层或表面处理耐用不易损伤；设置4个控制点，控制点布设位置如图4所示，控制点处设置短波红外LED灯，LED灯从激光靶板背面安置在钻孔中，LED灯头部不超过激光靶板平面，红外LED灯组供电装置采用锂电池组；短波红外相机采用Xenics公司的Bobcat-320相机；激光雷达采用北科天绘云莺机载激光雷达系统。红外相机和激光雷达的具体参数见下表1和表2。
表1红外相机参数
| 设备参数 | 数值 |
| 芯片参数 | InGaAs |
| 芯片类型 | 0.9μm～1.7μm； |
| 分辨率 | 320×256像素 |
| 像素尺寸 | 20μm |
| 制冷方式 | TE1-stabilized |
| 满阱容量 | 125ke- |
| 量子效率 | ＞99％ |
| 焦距 | 200mm |
表2激光雷达系统技术指标
2、利用高精度测量设备(全站仪或经纬仪)测量控制点在激光靶板坐标系的坐标(x，y)和红外相机到激光靶板的实际距离s。
实施例中假设4个控制点在激光靶板坐标系的坐标分别为(0，0)，(100，0)(100，120)(0，120)，单位cm，红外相机到靶板的距离s为59.76m。
3、(1)利用红外相机到激光靶板的距离s和光学成像原理(见图5)，计算像素当量m：
其中，f为红外相机焦距，s为红外相机到激光靶板的实际距离，μ为红外相机像素尺寸；
按照像素当量m，对控制点在激光靶板坐标系中的坐标(x，y)进行缩放，得到控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标(x’，y’)＝(m*x，m*y)；
(2)控制红外相机拍摄落有控制点的激光靶板，得到有误差的第二激光靶板影像；
定位有误差的第二激光靶板影像中的控制点，得到控制点在影像坐标系中的坐标(u，v)；
(3)选取3个控制点，按照如下公式，计算仿射变换参数：
其中：(x’n，y’n)为第n个控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标；
(un，vn)为第n个控制点在有误差的第二激光靶板影像的坐标；
为仿射变换参数，
表示线性变换，(a13 a23)T表示平移变换；n分别取值为1、2和3。
对于上述步骤3，具体实施例中，假设红外相机到靶板的距离s＝59.76m，红外相机焦距f＝200mm，则可以计算出f/(s-f)＝0.00335965，之后根据红外相机像素尺寸μ＝20μm，可以计算出1m的物在影像中的像素个数为168，即m＝0.00335965/μ＝0.168，从而可知控制点在零误差的第二激光靶板影像中的像素坐标为(0，0)，(168，0)，(168，202)，(0，202)；
对应的，4个控制点在有误差的第二激光靶板影像的坐标分别为(75，27)，(242，28)，(241，230)，(74，228)；
利用控制点在零误差的第二激光靶板影像中的像素坐标(0，0)，(168，0)，(0，202)及对应的有误差的像素坐标(75，27)，(242，28)，(74，228)，计算所得仿射变换参数为：
4、保持红外相机位置不变，打开激光雷达，使激光靶板在其扫描范围，调整红外相机曝光时间，捕捉获取激光雷达测量光斑落在靶板的影像(即有误差的第一激光靶板影像)，该步骤可通过同步授时或利用激光分光器控制红外相机快门实现；
利用步骤3获取的仿射变换参数对捕捉得到的有误差的第一激光靶板影像进行校正，获取零误差的第一激光靶板影像。
图6为红外相机成像及影像处理方法示意图。其中，理想成像为零误差的激光靶板影像，实际成像为有误差的激光靶板影像。利用激光靶板和控制点信息，获取理想成像的控制点像素点位，根据理想像素点位和实际像素点位获取仿射变换参数，利用仿射变换参数和激光光斑中心点像素坐标，计算激光光斑中心点在激光靶板的位置坐标。
5、根据激光雷达测量光斑能量分布特点，利用高斯曲面拟合激光雷达测量光斑，计算激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标。
具体的，计算方程α＝A-1G最小二乘拟合的极小范数解
其中方程中：
g(pi，qi)为零误差的第一激光靶板影像中坐标为(pi，qi)处的灰度值，i为大于1且小于等于ξ的整数，ξ取值为激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中所占的像素个数；
利用公式
计算得到激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标(p0，q0)。
6、利用步骤5中激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标(p0，q0)，和步骤3中获取的像素当量m，获得激光雷达测量光斑中心点在靶板坐标系中的位置坐标：
实施例中利用北科天绘的机载激光雷达云鹰系统获取的激光雷达测量光斑原始位置如图7A中的白点位置，校正后位置如图7B中的白点位置，从校正后的影像中获取的激光雷达测量光斑中心点像素坐标和利用上述步骤计算得到的激光雷达测量光斑中心点激光靶板坐标如表3。其中，图8为一个激光雷达测量光斑在零误差的落有激光雷达测量光斑的激光靶板影像放大前后的示意图，ξ＝21。
表3激光雷达测量光斑中心点光斑坐标(简称激光光斑)
实施例四
本实施例提供了一种激光雷达测量光斑位置探测装置，该装置可以用于执行本发明实施例所述的激光雷达测量光斑位置探测方法。参见图9，该装置具体包括以下单元：
光斑影像拍摄单元901，用于控制红外相机拍摄落有激光雷达测量光斑的激光靶板，得到有误差的第一激光靶板影像；
光斑影像校正单元902，用于利用仿射变换参数校正有误差的第一激光靶板影像，得到零误差的第一激光靶板影像；
光斑中心点影像坐标确定单元903，用于确定激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标，作为光斑中心点影像坐标；
光斑中心点实际坐标确定单元904，用于按照像素当量，对光斑中心点影像坐标进行缩放，得到激光雷达测量光斑中心点在激光靶板上的实际位置坐标。
示例性的，激光雷达测量光斑位置探测装置还包括：
控制点影像拍摄单元905，用于控制红外相机拍摄落有至少3个控制点的激光靶板，得到有误差的第二激光靶板影像；
控制点影像坐标第一获取单元906，用于获取控制点在有误差的第二激光靶板影像的坐标；
控制点影像坐标第二获取单元907，用于获取控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标；
仿射变换参数计算单元908，用于利用控制点影像坐标第一、第二获取单元获取到的控制点的两个坐标，计算仿射变换参数。
进一步的，所述至少3个控制点设置在激光靶板上；
控制点影像坐标第二获取单元907用于获取控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标，包括：
获取测量设备测量得到的控制点在激光靶板上的实际位置坐标；
按照像素当量，对控制点在激光靶板上的实际位置坐标进行缩放，得到控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标。
进一步的，仿射变换参数计算单元908用于利用控制点影像坐标第一、第二获取单元获取到的控制点的两个坐标，计算仿射变换参数，包括：
按照如下公式，计算仿射变换参数：
其中：(x’n，y’n)为第n个控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标；
(un，vn)为第n个控制点在有误差的第二激光靶板影像的坐标；
n分别取值为1、2和3。
示例性的，激光雷达测量光斑位置探测装置还包括：
像素当量计算单元909，用于按照如下公式，计算像素当量：
其中，f为红外相机焦距，s为红外相机到激光靶板的实际距离，μ为红外相机像素尺寸。
示例性的，光斑中心点影像坐标确定单元903用于确定激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标，包括：
根据激光雷达测量光斑能量分布特点，利用高斯曲面拟合激光雷达测量光斑，计算激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标。
进一步的，光斑中心点影像坐标确定单元903用于计算激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标，包括：
计算方程α＝A-1G最小二乘拟合的极小范数解
其中方程中：
g(pi，qi)为零误差的第一激光靶板影像中坐标为(pi，qi)处的灰度值，i为大于1且小于等于ξ的整数，ξ取值为激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中所占的像素个数；
利用公式
计算得到激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标(p0，q0)。
本实施例提供的激光雷达测量光斑位置探测装置与前述方法实施例属于同一发明构思，未在本实施例中描述的技术细节可参见前述方法实施例中的相关描述，在此不再赘述。
此外，本发明实施例还提供一种激光雷达测量光斑位置探测系统，所述系统包括红外相机、激光雷达、激光靶板以及上述实施例四所述的激光雷达测量光斑位置探测装置。
优选的，激光靶板为矩形或正方形平面靶板；控制点为设置在激光靶板上能够被红外相机感光且区别于激光靶板的目标点。
图10为本发明电子设备一个实施例的结构示意图，可以实现本发明图1所示实施例的流程，如图10所示，上述电子设备可以包括：壳体11、处理器12、存储器13、电路板14和电源电路15，其中，电路板14安置在壳体11围成的空间内部，处理器12和存储器13设置在电路板14上；电源电路15，用于为上述电子设备的各个电路或器件供电；存储器13用于存储可执行程序代码；处理器12通过读取存储器13中存储的可执行程序代码来运行与可执行程序代码对应的程序，用于执行前述任一实施例所述的图片解码测试方法。
处理器12对上述步骤的具体执行过程以及处理器12通过运行可执行程序代码来进一步执行的步骤，可以参见本发明图1所示实施例的描述，在此不再赘述。
该电子设备以多种形式存在，包括但不限于：
(1)移动通信设备：这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供话音、数据通信为主要目标。这类终端包括：智能手机(例如iPhone)、多媒体手机、功能性手机，以及低端手机等。
(2)超移动个人计算机设备：这类设备属于个人计算机的范畴，有计算和处理功能，一般也具备移动上网特性。这类终端包括：PDA、MID和UMPC设备等，例如iPad。
(3)便携式娱乐设备：这类设备可以显示和播放多媒体内容。该类设备包括：音频、视频播放器(例如iPod)，掌上游戏机，电子书，以及智能玩具和便携式车载导航设备。
(4)服务器：提供计算服务的设备，服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，服务器和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。
(5)其他具有数据处理和通信功能的电子设备。
再者，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个中央处理器执行，以实现前述实施例所述的激光雷达测量光斑位置探测方法。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明实施例中术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
为了描述的方便，描述以上装置是以功能分为各种单元/模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
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-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种激光雷达测量光斑位置探测方法，其特征在于，所述方法包括：
控制红外相机拍摄落有激光雷达测量光斑的激光靶板，得到有误差的第一激光靶板影像；
利用仿射变换参数校正有误差的第一激光靶板影像，得到零误差的第一激光靶板影像；
确定激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标，作为光斑中心点影像坐标；
按照像素当量，对光斑中心点影像坐标进行缩放，得到激光雷达测量光斑中心点在激光靶板上的实际位置坐标。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
控制红外相机拍摄落有至少3个控制点的激光靶板，得到有误差的第二激光靶板影像；
获取控制点在有误差的第二激光靶板影像的坐标；
获取控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标；
利用获取到的控制点的两个坐标，计算仿射变换参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少3个控制点设置在激光靶板上；
获取控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标，包括：
获取测量设备测量得到的控制点在激光靶板上的实际位置坐标；
按照像素当量，对控制点在激光靶板上的实际位置坐标进行缩放，得到控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用获取到的控制点的两个坐标，计算仿射变换参数，包括：
按照如下公式，计算仿射变换参数：
其中：(x’n，y’n)为第n个控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标；
(un，vn)为第n个控制点在有误差的第二激光靶板影像的坐标；
n分别取值为1、2和3。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
按照如下公式，计算像素当量：
其中，f为红外相机焦距，s为红外相机到激光靶板的实际距离，μ为红外相机像素尺寸。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标，包括：
根据激光雷达测量光斑能量分布特点，利用高斯曲面拟合激光雷达测量光斑，计算激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，计算激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标，包括：
计算方程α＝A-1G最小二乘拟合的极小范数解
其中方程中：
g(pi，qi)为零误差的第一激光靶板影像中坐标为(pi，qi)处的灰度值，i为大于1且小于等于ξ的整数，ξ取值为激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中所占的像素个数；
利用公式
计算得到激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标(p0，q0)。
8.一种激光雷达测量光斑位置探测装置，其特征在于，所述装置包括：
光斑影像拍摄单元，用于控制红外相机拍摄落有激光雷达测量光斑的激光靶板，得到有误差的第一激光靶板影像；
光斑影像校正单元，用于利用仿射变换参数校正有误差的第一激光靶板影像，得到零误差的第一激光靶板影像；
光斑中心点影像坐标确定单元，用于确定激光雷达测量光斑中心点在零误差的第一激光靶板影像中的坐标，作为光斑中心点影像坐标；
光斑中心点实际坐标确定单元，用于按照像素当量，对光斑中心点影像坐标进行缩放，得到激光雷达测量光斑中心点在激光靶板上的实际位置坐标。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
控制点影像拍摄单元，用于控制红外相机拍摄落有至少3个控制点的激光靶板，得到有误差的第二激光靶板影像；
控制点影像坐标第一获取单元，用于获取控制点在有误差的第二激光靶板影像的坐标；
控制点影像坐标第二获取单元，用于获取控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标；
仿射变换参数计算单元，用于利用控制点影像坐标第一、第二获取单元获取到的控制点的两个坐标，计算仿射变换参数。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述至少3个控制点设置在激光靶板上；
控制点影像坐标第二获取单元用于获取控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标，包括：
获取测量设备测量得到的控制点在激光靶板上的实际位置坐标；
按照像素当量，对控制点在激光靶板上的实际位置坐标进行缩放，得到控制点在零误差的第二激光靶板影像的坐标。
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