CN115220019A - 激光雷达视场的校正方法、计算机可读存储介质及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光雷达视场的校正方法，所述激光雷达包括扫描装置，所述扫描装置用于在所述激光雷达视场进行扫描，所述校正方法包括：S11：根据点云，获取点云特征信息，所述点云特征信息包括参考物的轮廓、所述参考物的距离、所述参考物的反射率、所述参考物对应的点云中扫描线数量、所述参考物对应的点云的总点数中一项或多项；S12：根据所述点云特征信息，调节所述扫描装置的位姿，以校正所述激光雷达视场。本发明可以减小激光雷达的近距离盲区，并且能够避免由于视场偏移导致激光雷达无法正常探测的问题。本发明无需额外设置标靶或标定场景，启动校正功能实时地完成校正操作，从而节省召回成本。

Description

激光雷达视场的校正方法、计算机可读存储介质及激光雷达

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种激光雷达视场的校正方法、一种计算机可读存储介质以及一种激光雷达。

背景技术

前装激光雷达作为感知周围信息的重要传感器，视场是其重要的技术参数之一。特别地，垂直视场的分布决定了激光雷达盲区的大小，直接影响了激光雷达的近距离感知性能。

对于布置在1.5米高车顶位置的激光雷达，如图1所示，若水平线以下视场角度为12.5度时，垂直视场最下方的视场边界抬高1度，探测盲区则增加0.6米，例如盲区1；抬高2度，探测盲区则增加1.3米，如盲区2所示，亦即，盲区2与盲区1相差0.7米。

激光雷达盲区应尽可能地小，这也意味着激光雷达视场下边缘(例如水平线以下-12.5°)应尽可能地与车辆前侧的机舱盖贴近。然而，为了避免激光雷达装车时的装配偏差，或者避免激光雷达装车后在长时间运行过程中产生变形偏移造成激光雷达垂直视场与车辆前侧的机舱盖发生干涉，通常会在垂直视场最下方的视场边界和车辆前侧的机舱盖之间预留2-3度的间隙，这样会使激光雷达盲区范围明显增大。

前装激光雷达在车辆出厂前会在特定布置的标靶或标定场景下，对激光雷达的视场进行外参标定。在进行外参标定时，一般会通过探测车辆前方的多个标靶完成标定。出厂前的外参标定可以解决激光雷达装配偏差问题，而对于出厂以后的车辆，如果激光雷达视场由于因初始安装位置出现偏移而影响其视场，则需召回校正。

通常来说，激光雷达装配在车辆上有两种方式：一、激光雷达相对车辆固定连接的装配方式(例如固定在车顶，车顶通常为金属材质)，如图2a所示，其视场偏移一方面来源于激光雷达内部扫描器的装配基座，特别是包含有减振结构的系统，如图2a示出的一级减振系统；另一方面来自激光雷达与车辆的装配接口，若激光雷达与车身连接，一般需要减振系统进行隔振，如图2a示出的二级减振系统，相对柔软的减振系统受力不均衡或耐久变形，会导致扫描器或激光雷达发生倾斜，从而导致激光雷达视场偏移。二、激光雷达与车辆外饰连接的装配方式(例如通过外饰支架固定在外饰盖板)，车辆外饰通常为PC材质，如图2b所示，车辆外饰的热变形或耐久变形则会造成激光雷达视场偏移。由于重力作用，以上两种装配方式还会出现激光雷达垂直视场向下偏移，造成激光雷达垂直视场与车辆前侧的机舱盖发生干涉，从而激光雷达无法正常探测的问题。

背景技术部分的内容仅仅是公开发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

为降低或消除激光雷达因初始安装位置出现偏移而影响其视场，避免由于视场偏移导致激光雷达无法正常探测的问题，同时减小激光雷达近距离盲区，始终保持激光雷达近距离盲区为较小的水平，本发明提供一种激光雷达视场的校正方法，所述激光雷达包括扫描装置，所述扫描装置用于在所述激光雷达视场进行扫描，所述校正方法包括：

S11：根据点云，获取点云特征信息，所述点云特征信息包括所述参考物的轮廓、所述参考物的距离、所述参考物的反射率、所述参考物对应的点云中扫描线数量、所述参考物对应的点云的总点数中一项或多项；

S12：根据所述点云特征信息，调节所述扫描装置的位姿，以校正所述激光雷达视场。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述校正激光雷达视场还包括：保持所述激光雷达视场的大小不变，调节所述激光雷达的视场范围。

根据本发明的一个优选实施例，所述校正方法还包括：在获取点云特征信息之前，判断所述点云是否包括所述参考物。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述步骤S12还包括：根据所述点云特征信息和预存特征信息，调节所述扫描装置的位姿。

根据本发明的一个优选实施例，所述校正方法还包括：通过以下步骤获取预存特征信息：

S21：通过控制所述扫描装置的位姿，移动所述激光雷达视场，以获取多个位姿下的所述参考物对应的点云；

S22：根据所述多个位姿下的所述参考物对应的点云，获取多组点云特征信息；

S23：将每个位姿及其对应的点云特征信息，存储为预存特征信息。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述步骤S21包括：

以所述激光雷达的角分辨率为控制参数，改变所述扫描装置的位姿，直至所述激光雷达视场的边界达到所述激光雷达的视窗边界。

根据本发明的一个优选实施例，所述校正方法还包括：在获取所述预存特征信息之前，对所述激光雷达视场进行外参标定。

根据本发明的一个优选实施例，所述校正方法还包括：改变所述扫描装置的位姿，获取多帧点云；所述步骤S11还包括：根据所述多帧点云，获取多组点云特征信息。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述步骤S12还包括：以所述激光雷达的角分辨率为控制参数，改变所述扫描装置的位姿，直至所述参考物消失在所述点云中。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述步骤S12还包括：确定所述激光雷达的视场偏移量，根据所述视场偏移量调节所述扫描装置的位姿。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述步骤S12还包括：确定所述激光雷达的垂直视场的下边界高于所述参考物的上边界时所述扫描装置的位姿，调节所述扫描装置至该位姿，以校正所述激光雷达的垂直视场。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述扫描装置包括扫描器和位置传感器，所述激光雷达通过所述位置传感器确定所述扫描器的当前位姿，所述步骤S12还包括：根据所述视场偏移量和所述位置传感器的采样信息调整所述扫描器的初始位置，以校正所述激光雷达视场。

根据本发明的一个优选实施例，所述校正方法还包括：在所述激光雷达相对地面静止时执行所述校正方法，所述参考物位于所述激光雷达视场内。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述激光雷达和所述参考物安装在同一物体上，所述激光雷达用于对所述参考物前方的视场进行探测。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述参考物为车辆的机舱盖，所述激光雷达安装在所述车辆上。

本发明还涉及一种计算机可读存储介质，包括存储于其上的计算机可执行指令，所述可执行指令在被处理器执行时实施如上所述的校正方法。

本发明还涉及一种激光雷达，包括：

发射装置，用于发射探测光束；

接收装置，用于接收所述探测光束经物体反射的回波光束；

扫描装置，用于在所述激光雷达视场进行扫描；和

控制装置，与所述发射装置、所述接收装置和所述扫描装置连接，配置为：

通过所述接收装置获取点云；

根据所述点云，获取点云特征信息，所述点云特征信息包括参考物的轮廓、所述参考物的距离、所述参考物的反射率、所述参考物对应的点云中扫描线数量、所述参考物对应的点云的总点数中一项或多项；

根据所述点云特征信息，调节所述扫描装置的位姿，以校正所述激光雷达的视场。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置还配置为：在获取点云特征信息之前，判断所述点云是否包括所述参考物。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置还配置为：保持所述激光雷达视场的大小不变，调节所述激光雷达的视场范围。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置还配置为：根据所述点云特征信息和预存特征信息，调节所述扫描装置的位姿。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置还配置为：通过以下步骤获取预存特征信息：

通过控制所述扫描装置的位姿，移动所述激光雷达视场，以获取多个位姿下的所述参考物对应的点云；

根据所述多个位姿下的所述参考物对应的点云，获取多组点云特征信息；

将每个位姿及其对应的点云特征信息，存储为预存特征信息。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置还配置为：

以所述激光雷达的角分辨率为控制参数，改变所述扫描装置的位姿，直至所述激光雷达视场的边界达到所述激光雷达的视窗边界。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置还配置为：以所述激光雷达的角分辨率为控制参数，改变所述扫描装置的位姿，直至所述参考物消失在所述点云中。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置还配置为：确定所述激光雷达的视场偏移量，根据所述视场偏移量调节所述扫描装置的位姿。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置还配置为：在所述激光雷达相对地面静止时校正所述激光雷达的视场，所述参考物位于所述激光雷达视场内。

本发明提供了一种激光雷达视场的校正方法，可以减小近距离盲区，并且能够避免由于视场偏移导致激光雷达无法正常探测的问题。该校正方法不限于调节俯仰角来校正视场，还可以调节航向角和横滚角，基于参考物点云特征信息来改变扫描装置的位姿使激光雷达视场大小不变。本发明不仅可以静态调节扫描装置的位姿以保持激光雷达近距离盲区最小，还可以动态调节扫描装置的位姿以实时保持激光雷达近距离盲区最小。本发明无需额外设置标靶或标定场景，启动校正功能实时地完成校正操作，从而节省召回成本。其中，所述参考物不限于静止的参考物，还可以为与激光雷达保持相对位置不变的移动参考物。所述静态调节是指激光雷达在静止时启动校正方法，与静态调节相对的，动态调节是指激光雷达在车辆移动过程中也可以启动校正方法，应用场景非常灵活。

在本发明的一个优选实施例中，激光雷达安装于车辆上，激光雷达视场尽可能与车辆的机舱盖贴近，有助于缩小激光雷达的探测盲区，且启动校正功能可以将盲区始终保持为最小值，从而提升车辆感知性能，保障行车安全。

附图说明

构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1示出了激光雷达由于视场偏移导致的盲区变化示意图；

图2a示出了激光雷达与车顶装配方式的示意图；

图2b示出了激光雷达与外饰装配方式的示意图；

图3示出了本发明一个实施例的激光雷达视场的校正方法的流程图；

图4示出了本发明一个实施例的激光雷达模块的示意图；

图5a示出了本发明一个实施例的获取点云特征信息的示意图；

图5b示出了图5a的根据点云特征信息调节扫描装置的示意图；

图6a示出了本发明一个实施例的激光雷达视场向下偏移时校正前后的对比图；

图6b示出了本发明一个实施例的激光雷达视场向右下方偏移时校正前后的对比图；

图7示出了本发明一个实施例的获取预存特征信息的流程图；

图8a示出了本发明一个实施例的通过调节扫描器的初始位置对激光雷达视场校正前后的对比图；

图8b示出了图8a中虚线椭圆标识出的区域A的放大视图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

本发明提供一种激光雷达视场的校正方法，所述激光雷达包括扫描装置，所述扫描装置用于在所述激光雷达视场进行扫描，所述校正方法包括：S11根据点云，获取点云特征信息，所述点云特征信息包括所述参考物的轮廓、所述参考物的距离、所述参考物的反射率、所述参考物对应的点云中扫描线数量、所述参考物对应的点云的总点数中一项或多项；S12：根据所述点云特征信息，调节所述扫描装置的位姿，以校正所述激光雷达视场。本发明可以减小激光雷达的近距离盲区，并且能够避免由于视场偏移导致激光雷达无法正常探测的问题。本发明无需额外设置标靶或标定场景，启动校正功能实时地完成校正操作，从而节省召回成本。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图3示出了本发明一个实施例的激光雷达视场的校正方法的流程图，图4示出了本发明一个实施例的激光雷达模块示意图，其中，激光雷达40包括发射装置41、接收装置42以及扫描装置43。发射装置41用于发射探测光束，接收装置4,用于接收所述探测光束经物体反射的回波光束，扫描装置43用于在激光雷达视场进行扫描，所述校正方法10包括步骤S11-S12，具体如下：

在步骤S11根据点云，获取点云特征信息，所述点云特征信息包括参考物的轮廓、参考物的距离、参考物的反射率、参考物对应的点云中扫描线数量、参考物对应的点云的总点数中一项或多项。

图5a示出了本发明一个实施例的获取点云特征信息的示意图，其中激光雷达40发射探测光束和接收回波光束，接收回波光束后获取点云，根据点云，获取点云特征信息。例如，激光雷达40安装在车辆上，将车辆的机舱盖作为参考物，当激光雷达40能够稳定探测到机舱盖的点云时，亦即点云包括机舱盖时，所述点云特征信息例如包括机舱盖的轮廓、距离、反射率、机舱盖对应的扫描线数量以及机舱盖对应的点云的总点数等。由于机舱盖与激光雷达视场形成干涉，即认为激光雷达视场出现了偏移，需要进行校正。除了将车辆的机舱盖作为参考物，还可以将车辆上的其他部位或者特定结构作为参考物。例如当车辆上具有一些凸起的结构时，可以将这些凸起结构作为参考物。另外，也可以将地面作为参考物，这对于一些不具有机舱盖的车辆(例如无人配送车)是尤其有利的。当利用地面作为参考物时，可以使用激光雷达扫描地面获得的第一条扫描线的距离作为点云特征信息，该距离即最接近的一条扫描线与激光雷达之间的距离(或者最接近的一条扫描线与激光雷达之间的高度差)。当激光雷达初始安装时，可以获得该距离的预设值；在车辆运行过程中，当激光雷达扫描获得的该扫描线距离激光雷达的实际距离偏离该预设值时，表明激光雷达的位姿发生了变化。具体的，当该距离增大时，表明激光雷达发生了上仰；当该距离减小时，表明激光雷达发生了下倾。下文为了清晰起见，仍然以车辆的机舱盖为参考物为例进行描述。本领域技术人员容易理解，本发明各个实施例的方案同样适用于以车辆的其他部位或特定结构或者以地面作为参考物的情形。

校正的依据或参数即为点云特征信息，包括：参考物的轮廓、参考物的距离、参考物的反射率、参考物对应的点云中扫描线数量、参考物对应的点云的总点数中一项或多项。继续以机舱盖作为参考物为例，参考物的轮廓即为从激光雷达视场中探测到的机舱盖轮廓，参考物的距离例如为激光雷达与机舱盖的平均距离或中心距离或某点的距离，参考物的反射率例如为机舱盖的反射率平均值或者反射率中位值，参考物对应的点云中扫描线例如为机舱盖在点云中形成的折线或凹线或凸线，机舱盖在点云中形成的扫描线数量，例如图5a所示的4条扫描线，参考物对应的点云的总点数例如为机舱盖在点云中点的总数量，又例如为机舱盖对应的探测到的激光脉冲总数量。

根据本发明的一个优选实施例，所述校正方法10还包括：改变扫描装置的位姿，获取多帧点云；所述步骤S11还包括：根据所述多帧点云，获取多组点云特征信息。

继续参考图5a，激光雷达40安装于车辆上，以车辆的机舱盖为参考物，如果在车辆行驶过程中，通过点云识别出激光雷达视场偏移，启动激光雷达视场的校正功能，由于激光雷达40的减振系统使得激光雷达获取的点云不够稳定，或者由于车速或路面不平导致车辆晃动时，获取的点云也不够稳定，优选地，控制扫描装置43改变位姿，获取包括参考物的多帧点云，并根据多帧点云，从中分别获取多组点云特征信息，可以提高对激光雷达视场校正的精度。根据本发明的一个优选实施例，可以根据所述多组点云特征信息，计算其均值或者中值，作为最终的点云特征信息，用于后续校正激光雷达视场。

在步骤S12：根据点云特征信息，调节扫描装置的位姿，以校正激光雷达视场。

根据在步骤S11获取的点云特征信息，调节扫描装置43的位姿。其中，位姿包括位置和角度，调节位置是指将扫描装置43向前后、左右、上下方向移动，调节角度是指调节扫描装置43的俯仰角、航向角、横滚角。校正激光雷达视场包括校正水平视场和垂直视场。水平视场为激光雷达在水平方向上可以探测的角度范围，垂直视场为激光雷达在垂直方向上可以探测的角度范围。垂直视场和水平视场共同构成激光雷达的视场(FOV，Field ofView)。

图5b示出了图5a的根据点云特征信息调节扫描装置的示意图，其中，激光雷达40安装在车辆上，例如，将车辆的机舱盖作为参考物，激光雷达40发射探测光束1，探测光束1经机舱盖反射后的回波光束被激光雷达40接收，根据该回波光束获取点云，当判断点云中包括机舱盖时，激光雷达视场的下边缘被机舱盖干涉，即认为激光雷达视场出现了偏移，需要进行校正。根据点云获取点云特征信息，例如机舱盖的轮廓和机舱盖对应点云中的扫描线数量等，如图5a所示。根据点云特征信息，调节扫描装置43的位姿，例如将获取的点云特征信息与预存的点云特征信息进行对比，确定调节所述扫描装置43的方向以及角度，其中可以以激光雷达的角分辨率为控制参数，步进调节扫描装置43的位姿。激光雷达40发射探测光束2，探测光束2刚好越过机舱盖的上边缘而达到地面，亦即激光雷达视场的下边缘不被机舱盖干涉时，激光雷达视场被校正到理想位置，此时激光雷达盲区最小。

根据本发明的一个优选实施例，其中校正激光雷达视场还包括：保持激光雷达视场的大小不变，根据点云特征信息，调节激光雷达的视场范围。

图6a示出了本发明一个实施例的激光雷达视场向下偏移时校正前后的对比图，例如，激光雷达40安装于车辆，如果以机舱盖为参考物，激光雷达40发出的探测光束越过机舱盖的上方对车辆前方进行探测，激光雷达视场位于参考物的上方。当激光雷达40的视场发生偏移，例如，在校正前，激光雷达视场的下侧区域被参考物遮挡，亦即，激光雷达视场向下偏移，激光雷达无法正常探测。当激光雷达40的视场发生偏移时，参考物(此处为机舱盖)的点云特征信息也发生变化，据此可确定激光雷达的位姿，并确定需要调节的位姿调节量。根据点云特征信息调节扫描装置43的位姿，保持激光雷达视场的大小不变，将激光雷达视场向上移动，使得激光雷达视场的下边缘向上移动，直至参考物不会干涉激光雷达视场，完成校正。

图6b示出了本发明一个实施例的激光雷达视场向右下方偏移时校正前后的对比图，例如，激光雷达40安装于车辆，如果以机舱盖为参考物，激光雷达40发出的探测光束越过机舱盖的上方对车辆前方进行探测，激光雷达视场位于参考物的上方。激光雷达的视场发生偏移，例如，在校正前，激光雷达视场的下侧区域被参考物遮挡，激光雷达视场整体向右侧偏移，激光雷达无法正常探测。当激光雷达40的视场发生偏移时，参考物(此处为机舱盖)的点云特征信息也发生变化，据此可确定激光雷达的位姿，并确定需要调节的位姿调节量。根据点云特征信息调节扫描装置43的位姿，保持激光雷达视场的大小不变，将激光雷达视场向上并向左移动，使得激光雷达视场的下边缘向上移动，直至参考物不会干涉激光雷达视场，并且激光雷达视场正对前方或者达到出厂时的标定位置，完成校正。

根据本发明的一个优选实施例，所述校正方法还包括：在获取点云特征信息之前，判断所述点云是否包括所述参考物。

例如通过深度学习算法判断点云中是否包括物体，以及识别该物体是否为参考物。如果物体较远，对应位置的点云密度较低，可能造成误判。因此，可以选择较近距离的物体作为参考物，最后得到物体检测的结果，进而判断该物体是否为参考物。只要能判断出点云中是否包括参考物，本发明不对采用的方法或执行该方法的装置进行限定。在确定点云中包括参考物后，获取参考物的点云特征信息，根据点云特征信息调节扫描装置的位姿。

根据本发明的一个优选实施例，其中步骤S12还包括：根据点云特征信息和预存特征信息，调节扫描装置的位姿。

例如，在激光雷达40出厂前通过参考物进行标定，根据参考物对应的点云，获取多组点云特征信息并存储。在使用过程中，需要校正激光雷达视场时，将实际获取的相同参考物的点云特征信息与预存特征信息进行比对，如果预存点云特征信息中有匹配的点云特征信息，则根据匹配的点云特征信息对应的扫描装置43的位姿确定调节量，根据所述调节量调节扫描装置43的位姿，可以将激光雷达视场更精确的校正到视场无干涉的位置，从而保证近距离盲区最小。例如可以通过基于边缘的分割方法从激光雷达的点云中获取与参考物对应的点云，从而提取出参考物的点云特征信息。具体的，采用基于边缘的分割方法，将点云(通常包括多个不同的物体)分割为不同物体的轮廓，将每个物体的轮廓与预设的参考物轮廓进行比对和匹配，如果某个物体的边缘轮廓与预设的参考物轮廓能够基本匹配，即说明该物体对应于预设的参考物，该物体轮廓内的点云即参考物点云。激光雷达的位姿的改变会导致参考物轮廓大小和/或形状发生改变，因此根据实际探测获得的参考物轮廓与不同位姿下预设的参考物轮廓进行比对，可确定出激光雷达实际的位姿以及所需要调节的位姿调节量。

根据本发明的一个优选实施例，校正方法10还包括：通过以下步骤获取预存特征信息，如图7所示：

在步骤S21通过控制扫描装置的位姿，移动激光雷达视场，以获取多个位姿下的参考物对应的点云。

继续参考图5a和图5b，激光雷达40安装于车辆上，以车辆的机舱盖为参考物，在车辆出厂前，获取用于校正激光雷达视场的预存特征信息。车辆在行驶过程中，激光雷达可能出现两种情况的视场偏移，第一种情况是激光雷达整体发生偏移，激光雷达主体和扫描装置的相对位置没有变化，第二种情况是扫描装置发生了偏移，激光雷达主体和车辆的相对位置没有变化。对于这两种情况，都可以通过扫描装置额外设置的调节装置(例如电机)改变扫描装置的位姿，该调节装置可以六维控制所述扫描装置的位姿，即控制扫描装置的前后位置、左右位置、上下位置、俯仰角、航向角以及横滚角。具体地，通过利用电机控制扫描装置43的位姿，移动激光雷达视场，分别获取多个位姿下的参考物对应的点云。例如，调节扫描装置43至位姿1，激光雷达40发射探测光束1并接收探测光束1经机舱盖反射的回波光束1，获取在扫描装置43处于位姿1时的参考物对应的点云1；依次调节扫描装置43的位姿(仍然使得探测光束照射到参考物上)，获取在扫描装置43处于多个位姿时的参考物对应的点云，直至获取的点云不包括参考物，如探测光束2所示的，此时扫描装置43的位姿使得探测光束2刚好经过机舱盖上方，但并未被机舱盖反射产生回波光束，因而在获取的点云中不包括参考物。获取的点云帧数越多，最后对激光雷达视场的校正越精准。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述步骤S21包括：以激光雷达的角分辨率为控制参数，改变扫描装置的位姿，直至激光雷达视场的边界达到激光雷达的视窗边界。

角分辨率包括水平角分辨率和/或垂直角分辨率。例如，以垂直角分辨率为控制参数，改变扫描装置43的俯仰角，使得激光雷达视场沿垂直方向向上或向下移动，直至激光雷达视场的下边界达到激光雷达的视窗边界的下缘。由于重力作用，激光雷达视场下边界与视窗边界的下缘发生干涉最为常见，本发明不限于此，也可以是激光雷达视场的上边界和视窗边界的上缘发生干涉。又例如，以水平角分辨率为控制参数，改变扫描装置43的航向角，使得激光雷达视场沿水平方向向左或向右移动，直至激光雷达视场的左边界达到激光雷达的视窗边界的左缘，或者激光雷达视场的右边界达到激光雷达的视窗边界的右缘。一旦激光雷达视场与视窗边缘发生干涉，将会影响激光雷达的正常探测。

在步骤S22根据多个位姿下的参考物对应的点云，获取多组点云特征信息。

根据扫描装置43在位姿1时参考物对应的点云1，获取第一组点云特征信息；根据扫描装置43在位姿2时参考物对应的点云2，获取第二组点云特征信息；以此类推，获取多组点云特征信息。

在步骤S23将每个位姿及其对应的点云特征信息，存储为预存特征信息。

将扫描装置43的位姿1及其对应的第一组点云特征信息，扫描装置43的位姿2及其对应的第二组点云特征信息，以及其它多个位姿及其对应的多组点云存储为预存特征信息。

当使用过程中，参考物对激光雷达视场形成干涉时，需要对激光雷达视场进行校正，首先获取包括相同参考物的点云，并解析出与预存特征信息相对应的点云特征信息，例如预存特征信息包括参考物的轮廓和参考物对应的点云的总点数，则从相同参考物的点云中获取的点云特征信息也包括参考物的轮廓和参考物对应的点云的总点数。然后将获取的点云特征信息与预存的多组特征信息进行比对，从多组特征信息中找出高度匹配的一组特征信息及其位姿，然后根据该组特征信息及其位姿，对扫描装置43的当前位姿反向调节，即可将激光雷达视场校正到理想位置。

以上通过步骤S21-S23对如何获取预存特征信息进行了介绍，在一个具体的实施例中，将预存特征信息存储为查询表，在执行校正方法10时，首先获取点云，根据点云判断是否包括参考物，如果包括参考物，再获取参考物的点云特征信息，通过查询表找到激光雷达视场偏移量或者扫描装置43的位姿偏移量，根据该偏移量调节扫描装置43的位姿。

为保证激光雷达视场的校正精度，根据本发明的一个优选实施例，校正方法10还包括：在获取所述预存特征信息之前，对激光雷达视场进行外参标定。例如，激光雷达40安装于车辆上，在激光雷达40安装之前对激光雷达40的测距能力进行标定，在激光雷达40安装之后且车辆出厂之前，在特定布置的标靶或场景下，对激光雷达视场进行外参标定，以消除安装后的静态装配偏差。

综上所述，通过本发明的校正方法，当激光雷达40安装在车辆上时，可以在车辆每次启动时或者车辆行驶过程中，检测激光雷达视场与参考物(例如机舱盖)的干涉情况，当机舱盖的位置稳定出现点云时，亦即获取的点云包括机舱盖时，可以启动校正功能，通过比对实际获取的点云特征信息与预存点云特征信息，如果预存点云特征信息中有匹配的点云特征信息，则根据匹配的点云特征信息对应的扫描装置43的位姿确定调节量，根据所述调节量调节扫描装置43的位姿，即可实现对激光雷达视场的校正。

此外，也可以不预存点云特征信息，当机舱盖的位置稳定出现点云时，启动校正功能，直接调整扫描装置43的位姿，直至机舱盖位置干涉点云消失，以下通过实施例对与校正方法10的不同之处进行介绍。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述步骤S12还包括：以激光雷达的角分辨率为控制参数，改变扫描装置的位姿，直至参考物消失在点云中。

在步骤S11获取点云，判断点云是否包括参考物，当确定点云中包括参考物时，无需获取点云特征信息，在步骤S12改变扫描装置的位姿，直至参考物消失在点云中。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述步骤S12还包括：确定激光雷达的视场偏移量，根据视场偏移量调节所述扫描装置的位姿。

继续参考图6a，校正前，激光雷达视场向下偏移，可以看到视场的下侧区域被参考物遮挡，确定点云中包括参考物，以激光雷达的角分辨率为控制参数，步进调节扫描装置43的位姿，保持激光雷达视场的大小不变，视场范围向上移动，使得激光雷达视场的下边缘向上移动，直至参考物不会干涉激光雷达视场，完成校正。可以在扫描装置43的每个位姿获取点云，确定当前点云是否还包括参考物，直至找到不包括参考物时的扫描装置43的位姿，亦即确定激光雷达的视场偏移量，根据该视场偏移量调节扫描装置43的位姿。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述步骤S12还包括：确定激光雷达的垂直视场的下边界高于参考物的上边界时扫描装置的位姿，调节扫描装置至该位姿，以校正激光雷达的垂直视场。

继续参考图6a，校正前，激光雷达视场向下偏移，将激光雷达视场向上移动即可降低参考物的遮挡。向上移动的目标位置为激光雷达的垂直视场的下边界高于参考物的上边界时，参考物刚好不遮挡或不干涉激光雷达的垂直视场，此时扫描装置43的位姿即对应激光雷达垂直视场无干涉的位姿，完成校正。

根据本发明的一个优选实施例，其中扫描装置43包括扫描器431和位置传感器432，激光雷达40通过位置传感器432确定扫描器431的当前位姿，所述步骤S12还包括：根据视场偏移量和位置传感器的采样信息调整扫描器431的初始位置，即零点位置，以校正激光雷达视场。

当激光雷达能够稳定探测到参考物的点云信息时即认为视场出现了偏移，按照校正方法10改变垂直视场对应的扫描器的零点位置，进而实现垂直视场的校正。例如，激光雷达安装于车辆上，激光雷达相对机舱盖的位置是相对固定的，且距离信息确定，当在机舱盖附近稳定出现点云即认为机舱盖与激光雷达视场发生干涉，不同的车辆会有不同的机舱盖设计，有的是中间微微凸起的大曲面，有的则是中间微微凹陷，还有的会设计明显的折线。根据这些特性可以容易的获取机舱盖的点云特征信息，进而根据点云特征信息调节扫描器的位姿。

图8a示出了本发明一个实施例的通过调节扫描器的初始位置对激光雷达视场进行校正前后的对比图，图8b示出了图8a中虚线椭圆标识出的区域A的放大视图，例如，激光雷达安装于车辆上，扫描装置43包括扫描器431和位置传感器432，其中位置传感器432例如包括码盘和编码器，激光雷达还包括电机(未示出)，电机用于驱动扫描器转动以改变其位姿，码盘跟随扫描器同步转动，以改变码盘上各刻度与编码器的相对位置，从而可标记扫描器的位置，通过编码器可读取码盘以及扫描器的位姿。扫描器431的零点位置(即码盘的零点位置)可变。在校正前，如图8a中左侧所示的，扫描器431的零点位置处于正上方12点位置处，此时激光雷达的视场下边界例如与视窗下缘发生干涉。然后通过激光雷达当前采集的点云的点云特征信息和预存点云特征信息比对，确定调节量，根据所述调节量通过电机驱动扫描器431，使其相对于校正前的位姿逆时针旋转，使得扫描器431的零点位置到达图8a中的“新零点”的位置。由图8a可见，在校正后，激光雷达视场整体向上移动，“新零点”的位置即对应激光雷达视场无干涉的位置。如图8a所示，所述扫描器431在零点位置向左右两侧摆动，如图8b所示，扫描器431在零点位置右侧摆动的角度范围为角度α1，在零点位置左侧摆动的角度范围为角度α2，其中角度α1对应于图8a的下方视场，角度α2对应于图8a所示的上方视场。

根据本发明的一个优选实施例，校正方法10还包括：在激光雷达相对地面静止时执行校正方法10，参考物位于激光雷达视场内。

参考物可以选取静止的参考物，例如激光雷达安装在车辆上，车辆停车入库后，激光雷达相对地面静止，可以选择车库内的物体作为参考物并执行校正方法10。优选位于激光雷达视场内的参考物，便于根据点云调节扫描装置43的位姿。

根据本发明的一个优选实施例，其中激光雷达和参考物安装在同一物体上，激光雷达用于对参考物前方的视场进行探测。

参考物可以选择动态移动的物体，例如激光雷达安装在车辆上，车辆在行驶过程中，需要执行校正方法10时，选择安装于车辆上且位于激光雷达视场内的物体作为参考物，例如机舱盖、机舱盖上突出的车徽标等，便于根据点云调节扫描装置43的位姿。

根据本发明的一个优选实施例，其中参考物为车辆的机舱盖，激光雷达安装在车辆上。

结合图5a和图8，本实施例通过车辆自身机舱盖的特征识别激光雷达是否发生动态偏移，按照校正方法10改变垂直视场对应的扫描器的零点位置，从而将激光雷达的垂直视场下边界与机舱盖的上缘相切，使得车辆盲区达到极限位置，进而实现垂直视场的校正。

具体地，在车辆出厂前并在完成外参标定后，执行校正方法10，以垂直角分辨率为控制参数向下移动，增加激光雷达下方视场角，分别记录激光雷达在各个角分辨率对应角度下的机舱盖点云，直到视场被激光雷达视窗下缘的外壳遮挡(此时噪点明显增多)，得到机舱盖的距离、机舱盖对应的扫描线数量、机舱盖对应的点云的总点数，以及机舱盖的轮廓特征信息，作为点云特征信息。其中，机舱盖对应的扫描线的数量，亦即探测光束扫出的弧线数量，如图5a中的机舱盖上的4条弧线可对应点云中的4条扫描线，机舱盖对应的点云的总点数，亦即单帧或连续多帧点云中平均可探测到的激光脉冲个数。当下方视场角增大时，机舱盖的最近探测距离缩短、扫描线数量增加和总点数增加。将实测值与参考值对比，判断符合激光雷达的俯仰角和点云特征信息的变化规律后，存储于激光雷达中。直到激光雷达视场超出了视窗边界，在使用过程中，如果参考物对激光雷达视场有干涉，就可以被检测到。

综上所述，本发明提供了一种激光雷达视场的校正方法，可根据车辆本体特征提取点云特征信息，对激光雷达视场进行校准，可以减小近距离盲区，并且能够避免视场偏移导致雷达无法正常探测的问题。该校正方法不限于调节俯仰角度来控制视场，还可以调节航向角和横滚角，基于参考物点云特征信息来改变扫描器角度使视场大小不变，所述参考物不限于静止的参考物，还可以为与雷达视场保持相对位置不变的移动参考物。本发明不仅可以静态调节扫描器角度以保持近距离盲区最小，还可以动态调整以时刻保持近距离盲区最小。本发明无需额外设置标靶或标定场景，启动校正功能实时地完成校正操作，从而节省召回成本。在本发明的一个优选实施例中，激光雷达40安装于车辆上，激光雷达视场尽可能与车辆的机舱盖贴近，有助于缩小激光雷达40的探测盲区，且启动校正功能可以将盲区始终保持为最佳值，从而提升车辆感知性能，保障行车安全。

本说明书提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或设备产品执行时，可以按照实施例或者流程图所示的方法顺序执行或者并行执行。

本发明还涉及一种计算机可读存储介质，包括存储于其上的计算机可执行指令，所述可执行指令在被处理器执行时实施如上所述的校正方法。

本发明还涉及一种激光雷达，参考图4，激光雷达40包括：

发射装置41，用于发射探测光束；

接收装置42，用于接收所述探测光束经物体反射的回波光束；

扫描装置43，用于在所述激光雷达视场进行扫描；和

控制装置44，与所述发射装置41、所述接收装置42和所述扫描装置43连接，配置为：

通过所述接收装置42获取点云，判断所述点云是否包括参考物；

根据参考物对应的点云，获取点云特征信息，所述点云特征信息包括所述参考物的轮廓、所述参考物的距离、所述参考物的反射率、所述参考物对应的点云中扫描线数量、所述参考物对应的点云的总点数中一项或多项；

根据所述点云特征信息，调节所述扫描装置的位姿，以校正所述激光雷达的视场。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置44还配置为：保持所述激光雷达视场的大小不变，调节所述激光雷达的视场范围。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置44还配置为：在获取点云特征信息之前，判断所述点云是否包括所述参考物。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置44还配置为：根据所述点云特征信息和预存特征信息，调节所述扫描装置43的位姿。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置44还配置为：通过以下步骤获取预存特征信息：

通过控制所述扫描装置43的位姿，移动所述激光雷达视场，以获取多个位姿下的所述参考物对应的点云；

根据所述多个位姿下的所述参考物对应的点云，获取多组点云特征信息；

将每个位姿及其对应的点云特征信息，存储为预存特征信息。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置44还配置为：

以所述激光雷达的角分辨率为控制参数，改变所述扫描装置43的位姿，直至所述激光雷达视场的边界达到所述激光雷达40的视窗边界。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置44还配置为：以所述激光雷达的角分辨率为控制参数，改变所述扫描装置43的位姿，直至所述参考物消失在所述点云中。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置44还配置为：确定所述激光雷达的视场偏移量，根据所述视场偏移量调节所述扫描装置43的位姿。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置44还配置为：在所述激光雷达40相对地面静止时校正所述激光雷达的视场，所述参考物位于所述激光雷达视场内。

综上所述，本发明可以减小激光雷达的近距离盲区，并且能够避免由于视场偏移导致激光雷达无法正常探测的问题。本发明无需额外设置标靶或标定场景，启动校正功能实时地完成校正操作，从而节省召回成本。在本发明的一个优选实施例中，激光雷达安装于车辆上，激光雷达视场尽可能与车辆的机舱盖贴近，有助于缩小激光雷达的探测盲区，且启动校正功能可以将盲区始终保持为最佳值，从而提升车辆感知性能，保障行车安全。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (25)

1.一种激光雷达视场的校正方法，所述激光雷达包括扫描装置，所述扫描装置用于在所述激光雷达视场进行扫描，所述校正方法包括：

S11：根据点云，获取点云特征信息，所述点云特征信息包括参考物的轮廓、所述参考物的距离、所述参考物的反射率、所述参考物对应的点云中扫描线数量、所述参考物对应的点云的总点数中一项或多项；

S12：根据所述点云特征信息，调节所述扫描装置的位姿，以校正所述激光雷达视场。

2.根据权利要求1所述的校正方法，其中所述校正激光雷达视场还包括：保持所述激光雷达视场的大小不变，调节所述激光雷达的视场范围。

3.根据权利要求1所述的校正方法，还包括：在获取点云特征信息之前，判断所述点云是否包括所述参考物。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的校正方法，其中所述步骤S12还包括：根据所述点云特征信息和预存特征信息，调节所述扫描装置的位姿。

5.根据权利要求4所述的校正方法，还包括：通过以下步骤获取预存特征信息：

S21：通过控制所述扫描装置的位姿，移动所述激光雷达视场，以获取多个位姿下的所述参考物对应的点云；

S22：根据所述多个位姿下的所述参考物对应的点云，获取多组点云特征信息；

S23：将每个位姿及其对应的点云特征信息，存储为预存特征信息。

6.根据权利要求5所述的校正方法，其中所述步骤S21包括：

以所述激光雷达的角分辨率为控制参数，改变所述扫描装置的位姿，直至所述激光雷达视场的边界达到所述激光雷达的视窗边界。

7.根据权利要求5所述的校正方法，还包括：在获取所述预存特征信息之前，对所述激光雷达视场进行外参标定。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的校正方法，还包括：改变所述扫描装置的位姿，获取多帧点云，所述步骤S11还包括：根据所述多帧点云，获取多组点云特征信息。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的校正方法，其中所述步骤S12还包括：以所述激光雷达的角分辨率为控制参数，改变所述扫描装置的位姿，直至所述参考物消失在所述点云中。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的校正方法，其中所述步骤S12还包括：确定所述激光雷达的视场偏移量，根据所述视场偏移量调节所述扫描装置的位姿。

11.根据权利要求10所述的校正方法，其中所述步骤S12还包括：确定所述激光雷达的垂直视场的下边界高于所述参考物的上边界时所述扫描装置的位姿，调节所述扫描装置至该位姿，以校正所述激光雷达的垂直视场。

12.根据权利要求10所述的校正方法，其中所述扫描装置包括扫描器和位置传感器，所述激光雷达通过所述位置传感器确定所述扫描器的当前位姿，所述步骤S12还包括：根据所述视场偏移量和所述位置传感器的采样信息调整所述扫描器的初始位置，以校正所述激光雷达视场。

13.根据权利要求10所述的校正方法，还包括：在所述激光雷达相对地面静止时执行所述校正方法，所述参考物位于所述激光雷达视场内。

14.根据权利要求10所述的校正方法，其中所述激光雷达和所述参考物安装在同一物体上，所述激光雷达用于对所述参考物前方的视场进行探测。

15.根据权利要求14所述的校正方法，其中所述参考物为车辆的机舱盖，所述激光雷达安装在所述车辆上。

16.一种计算机可读存储介质，包括存储于其上的计算机可执行指令，所述可执行指令在被处理器执行时实施如权利要求1-15中任一项所述的校正方法。

17.一种激光雷达，包括：

发射装置，用于发射探测光束；

接收装置，用于接收所述探测光束经物体反射的回波光束；

扫描装置，用于在所述激光雷达视场进行扫描；和

控制装置，与所述发射装置、所述接收装置和所述扫描装置连接，配置为：

通过所述接收装置获取点云；

根据所述点云，获取点云特征信息，所述点云特征信息包括参考物的轮廓、所述参考物的距离、所述参考物的反射率、所述参考物对应的点云中扫描线数量、所述参考物对应的点云的总点数中一项或多项；

根据所述点云特征信息，调节所述扫描装置的位姿，以校正所述激光雷达的视场。

18.根据权利要求17所述的激光雷达，其中所述控制装置还配置为：保持所述激光雷达视场的大小不变，调节所述激光雷达的视场范围。

19.根据权利要求17所述的激光雷达，其中所述控制装置还配置为：在获取点云特征信息之前，判断所述点云是否包括所述参考物。

20.根据权利要求17-19中任一项所述的激光雷达，其中所述控制装置还配置为：根据所述点云特征信息和预存特征信息，调节所述扫描装置的位姿。

21.根据权利要求20所述的激光雷达，其中所述控制装置还配置为：通过以下步骤获取预存特征信息：

通过控制所述扫描装置的位姿，移动所述激光雷达视场，以获取多个位姿下的所述参考物对应的点云；

根据所述多个位姿下的所述参考物对应的点云，获取多组点云特征信息；

将每个位姿及其对应的点云特征信息，存储为预存特征信息。

22.根据权利要求21所述的激光雷达，其中所述控制装置还配置为：

以所述激光雷达的角分辨率为控制参数，改变所述扫描装置的位姿，直至所述激光雷达视场的边界达到所述激光雷达的视窗边界。

23.根据权利要求17-19中任一项所述的激光雷达，其中所述控制装置还配置为：以所述激光雷达的角分辨率为控制参数，改变所述扫描装置的位姿，直至所述参考物消失在所述点云中。

24.根据权利要求17-19中任一项所述的激光雷达，其中所述控制装置还配置为：确定所述激光雷达的视场偏移量，根据所述视场偏移量调节所述扫描装置的位姿。

25.根据权利要求24所述的激光雷达，其中所述控制装置还配置为：在所述激光雷达相对地面静止时校正所述激光雷达的视场，所述参考物位于所述激光雷达视场内。

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