CN116338718A - 基于多传感器的运动补偿方法、装置、设备、介质及车辆 - Google Patents

基于多传感器的运动补偿方法、装置、设备、介质及车辆 Download PDF

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CN116338718A CN202310368970.6A CN202310368970A CN116338718A CN 116338718 A CN116338718 A CN 116338718A CN 202310368970 A CN202310368970 A CN 202310368970A CN 116338718 A CN116338718 A CN 116338718A
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郭毅
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Abstract

本发明公开了一种基于多传感器的运动补偿方法、装置、设备、介质及车辆。所述方法包括：基于轮速传感器确定一帧时间内雷达坐标系的位移变换；基于惯性传感器确定一帧时间内雷达坐标系的旋转变换；基于所述位移变换和所述旋转变换对一帧时间内的雷达点云进行运动补偿。该方法通过轮速传感器和惯性传感器计算得到的一帧时间内雷达坐标系的位移变换和旋转变换误差较小，进而可以对雷达点云进行运动补偿得到准确的雷达点云。

Description

基于多传感器的运动补偿方法、装置、设备、介质及车辆
技术领域
本发明实施例涉及自动驾驶技术领域，尤其涉及一种基于多传感器的运动补偿方法、装置、设备、介质及车辆。
背景技术
激光雷达的使用是目前移动机器人、无人驾驶等前沿人工智能技术的重要解决方案和发展方向之一。激光雷达主要通过激光头发射大量激光束，扫描到物体上反射回来再接收的原理，但是具有动态运动的车辆在道路上行驶会产生三维的线性速度、线性加速度、角速度以及角加速度，激光雷达在车辆运动过程中扫描的点云会产生运动畸变。
激光雷达帧率一般为10hz，也就是100ms一帧，在车辆高速行驶或者转弯时，一帧时间内点云中的点并不是同一个坐标系下获得的测量结果，对于同一个目标在三维点云中就会出现畸变，这时要想获得精确的测量，需要对点云做运动补偿。
目前对雷达点云进行运动补偿的方法大多数仅仅依靠惯性传感器，但是仅依靠惯性传感器测量得到的线速度和角速度计算雷达坐标系下的位移变换和旋转变换会存在严重的误差，造成对雷达点云进行运动补偿后的重影现象很严重，对后续的雷达点云匹配造成了很大的干扰。
发明内容
本发明提供了一种基于多传感器的运动补偿方法、装置、设备、介质及车辆，以解决现有技术仅依靠惯性传感器测量得到的线速度和角速度计算雷达坐标系下的位移变换和旋转变换会存在严重的误差，造成对雷达点云进行运动补偿后的重影现象很严重的问题。
根据本发明的一方面，提供了一种基于多传感器的运动补偿方法，包括：
基于轮速传感器确定一帧时间内雷达坐标系的位移变换；
基于惯性传感器确定一帧时间内雷达坐标系的旋转变换；
基于所述位移变换和所述旋转变换对一帧时间内的雷达点云进行运动补偿。
根据本发明的另一方面，提供了一种基于多传感器的运动补偿装置，包括：
第一确定模块，用于基于轮速传感器确定一帧时间内雷达坐标系的位移变换；
第二确定模块，用于基于惯性传感器确定一帧时间内雷达坐标系的旋转变换；
运动补偿模块，用于基于所述位移变换和所述旋转变换对一帧时间内的雷达点云进行运动补偿。
根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的基于多传感器的运动补偿方法。
根据本发明的另一方面，提供了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计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的基于多传感器的运动补偿方法。
根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，所述车辆包括激光雷达以及本发明另一方面所述的电子设备。
本发明实施例的技术方案，通过基于轮速传感器确定一帧时间内雷达坐标系的位移变换；基于惯性传感器确定一帧时间内雷达坐标系的旋转变换；基于所述位移变换和所述旋转变换对一帧时间内的雷达点云进行运动补偿，解决了现有技术仅依靠惯性传感器测量得到的线速度和角速度计算雷达坐标系下的位移变换和旋转变换会存在严重的误差，造成对雷达点云进行运动补偿后的重影现象很严重的问题，取到了计算得到的位移变换和旋转变换误差较小，运动补偿后无重影的有益效果。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种基于多传感器的运动补偿方法的流程示意图；
图2为本发明实施例二提供的一种基于多传感器的运动补偿方法的流程示意图；
图3为本发明实施例三提供的一种基于多传感器的运动补偿方法的流程示意图；
图4为本发明实施例四提供的一种基于多传感器的运动补偿装置的结构示意图；
图5为本发明实施例的基于多传感器的运动补偿方法的电子设备的结构示意图；
图6为本发明实施例六提供的一种车辆的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。应当理解，本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。
本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
本发明实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种基于多传感器的运动补偿方法的流程示意图，该方法可适用于在自动驾驶场景下对激光雷达采集的点云数据进行运动补偿的情况，该方法可以由基于多传感器的运动补偿装置来执行，其中该装置可由软件和/或硬件实现，并一般集成在电子设备上，在本实施例中电子设备包括但不限于：域控制器。
如图1所示，本发明实施例一提供的一种基于多传感器的运动补偿方法，包括如下步骤：
S110、基于轮速传感器确定一帧时间内雷达坐标系的位移变换。
其中，轮速传感器是用于测量汽车车轮转速的传感器，常用的轮速传感器主要包括磁电式轮速传感器和霍尔式轮速传感器。
其中，激光雷达的频率一般为10hz，即每100ms扫描的雷达点云为一帧雷达点云数据，一帧时间为100ms，雷达坐标系可以理解为帧尾时刻的雷达坐标系，雷达坐标系根据雷达点云设定。
其中，位移变换一般指水平方向的位移。
在本实施例中，使用轮速计可以计算一帧时间内车辆在车辆坐标系的运动变换的平移部分，再将车辆在车辆坐标系下的运动变换的平移部分转换到雷达坐标系下得到一帧时间内的雷达坐标系运动变换的平移部分。
S120、基于惯性传感器确定一帧时间内雷达坐标系的旋转变换。
其中，惯性传感器(Inertial Measurement Unit，IMU)主要用于检测和测量加速度与旋转运动的传感器，此处对惯性传感器的种类不作具体限制，可以包括超小型的MEMS传感器以及测量精度非常高的激光陀螺。
需要说明的是，惯性传感器得到的测量数据存在确定性误差以及随机误差，确定性误差可以包括比如零偏、尺度因子以及不垂直度等因素造成的误差，随机误差可以包括比如高斯白噪声以及随机游走误差等因素造成的误差。为得到真实测量数据必须去除误差因子的影响，本实施例通过将惯性传感器测量得到的角速度减去确定性误差和随机误差可以得到真实角速度。
本实施例中，根据惯性传感器得到的真实角速度可以计算一帧时间内IMU坐标系运动变换的旋转部分，再根据坐标系变换即IMU坐标系和雷达坐标系的转换关系计算一帧时间内雷达坐标系运动变换的旋转变化。
S130、基于所述位移变换和所述旋转变换对一帧时间内的雷达点云进行运动补偿。
其中，根据雷达坐标系的位移变换和旋转变换可以得到运动变换矩阵，每一个雷达点自身带有时间戳，可以根据自身时间戳通过运动变换矩阵在一帧时间内进行线性插值，求得雷达点在当前时间戳时的雷达坐标系相对于帧头时间戳时的雷达坐标系的相对位姿关系，进而可以把当前雷达点从当前时间戳时的雷达坐标系转换到帧头时间戳时的雷达坐标系下，根据所述相对位姿关系将位移畸变转换到帧头时间戳对应的雷达坐标系下，于此可以得到在帧头时间戳对应的雷达坐标系下某帧点云全部的点和相应的位移畸变，通过在三维点坐标上加上位移畸变来进行运动补偿。
本发明实施例一提供的一种基于多传感器的运动补偿方法，首先基于轮速传感器确定一帧时间内雷达坐标系的位移变换；然后基于惯性传感器确定一帧时间内雷达坐标系的旋转变换；最终基于所述位移变换和所述旋转变换对一帧时间内的雷达点云进行运动补偿。上述方法通过轮速传感器和惯性传感器计算得到的一帧时间内雷达坐标系的位移变换和旋转变换误差较小，进而可以对雷达点云进行运动补偿得到准确的雷达点云。
进一步的，所述基于所述位移变换和所述旋转变换对一帧时间内的雷达点云进行运动补偿，包括：将所述位移变换和所述旋转变换进行融合得到运动变换矩阵；根据激光雷达采集的雷达点和运动变换矩阵在一帧时间内进行线性插值，求得到雷达点时间戳时的雷达坐标系相对于帧头时间戳时的雷达坐标系的相对位姿关系；根据所述相对位姿关系将一帧时间内的雷达点云以及位移畸变转换到帧头时间戳时的雷达坐标系下；通过在三维点坐标上加上位移畸变进行运动补偿。
其中，帧头时间戳时的雷达坐标系可以理解为根据一帧时间内第一个雷达点的运动信息建立的雷达坐标系，第一个雷达点的运动信息可以使用运动变换矩阵进行线性插值得到。运动畸变可以理解为在雷达坐标系下一帧时间内雷达点相对于第一个雷达点的位移和旋转。
将先前通过线性插值计算的雷达坐标系下一帧时间内雷达点的位移和角度分别与第一个雷达点的位移和角度做计算，得到相对于第一个雷达点的运动畸变；根据雷达点时间戳时的雷达坐标系相对于帧头时间戳时的雷达坐标系的相对位姿关系将运动畸变转换至帧头时间戳时的雷达坐标系，再将一帧时间内的雷达点转换到帧头时间戳时的雷达坐标系，便得到了在帧头时间戳时的雷达坐标系下的一帧时间内的全部雷达点云和相应的运动畸变。通过在三维点坐标上加上运动畸变进行运动补偿。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的一种基于多传感器的运动补偿方法的流程示意图，本实施例二在上述各实施例的基础上进行优化。在本实施例中，将使用轮速传感器确定一帧时间内车辆在雷达坐标系下的位移变换进一步具体化。本实施例尚未详尽的内容请参考实施例一。
如图2所示，本发明实施例二提供的一种基于多传感器的运动补偿方法，包括如下步骤：
S210、获取一帧时间内相邻时间戳轮速传感器测量得到的车轮速度。
其中，由于轮速传感器测量得到的轮速数据都是离散型数据，在每一次测量数据之前我们无法得知其真正的测量值，一般默认极短时间内车辆是线性运动的。
本实施例中，轮速计在一帧时间内可以测量得到多个车轮速度，相邻时间戳可以理解为一帧时间内的前后两个时刻T1和T2。轮速传感器测量得到的T1时刻的车轮速度以及T2时刻的车轮速度发送给电子设备，以使电子设备获取一帧时间内相邻时间戳轮速传感器测量得到的车轮速度。
其中，T1时刻测量得到的车轮速度可以包括T1时刻车辆左后轮的速度以及T1时刻车辆右后轮的速度，T2时刻测量得到的车轮速度可以包括T2时刻车辆左后轮的速度以及T2时刻车辆右后轮的速度。
S220、根据所述车轮速度确定一帧时间内车辆在车辆坐标系下的位置变化。
其中，车辆坐标系可以理解为根据车辆设定的坐标系。
具体的，根据所述车轮速度确定一帧时间内车辆在车辆坐标系下的位置变化可以包括如下步骤：
S2201、根据所述车轮速度确定一帧时间的相邻时间戳内车辆的前进速度。
其中，若相邻时间戳为T1和T2，则根据车轮速度确定相邻时间戳内车辆的前进速度可以包括：将T1时刻车辆左后轮速度和T1时刻车辆右后轮速度的平均值作为T1时刻车辆的前进速度；将T2时刻车辆左后轮速度和T2时刻车辆右后轮速度的平均值作为T2时刻车辆的前进速度；将T1时刻车辆的前进速度和T2时刻车辆的前进速度的平均值作为相邻时间戳内车辆的前进速度。计算公式如下：
Figure BDA0004167973820000091
Figure BDA0004167973820000101
Figure BDA0004167973820000102
上式中，
Figure BDA0004167973820000103
表示T1时刻车辆左后轮速度，/>
Figure BDA0004167973820000104
表示T1时刻车辆右后轮速度，/>
Figure BDA0004167973820000105
表示T1时刻车辆的前进速度；/>
Figure BDA0004167973820000106
表示T2时刻车辆左后轮速度，/>
Figure BDA0004167973820000107
表示T2时刻车辆左后轮速度，/>
Figure BDA0004167973820000108
表示T2时刻车辆的前进速度；/>
Figure BDA0004167973820000109
表示T1时刻到T2时刻车辆的平均速度。
S2202、计算所述前进速度和时间差的乘积得到相邻时间戳内车辆的运动距离，所述时间差为相邻时间戳的差值；将一帧时间内所有相邻时间戳内车辆的运动距离求和得到一帧时间内车辆在车辆坐标系下的运动位置变化。
本实施例中，计算相邻时间戳内车辆的运动距离的方式可以为：计算T1时刻和T2时刻的差值得到时间差，将时间差与T1时刻到T2时刻车辆的平均速度相乘可以得到T1时刻到T2时刻车辆的位移即一个相邻时间戳内车辆的位移，将多个相邻时间戳内车辆的行驶距离求和可以得到一帧时间内车辆的位移。需要说明的是，上述过程都是在车辆坐标系下计算得到，具体的计算公式如下：
ΔT＝T1-T2
Figure BDA00041679738200001010
Figure BDA00041679738200001011
其中，ΔT表示时间差，
Figure BDA00041679738200001012
表示T1时刻到T2时刻车辆的平均速度，/>
Figure BDA00041679738200001013
表示T1时刻到T2时刻车辆的位移，/>
Figure BDA00041679738200001014
表示一帧时间内车辆的位移。
S230、将所述一帧时间内车辆在车辆坐标系下的位置变化转换到雷达坐标系下得到一帧时间内雷达坐标系的位移变换。
其中，在坐标系转换过程中去除车辆旋转带来的影响因子。
本实施例中，步骤S220计算得到的一帧时间内车辆的位移是在车辆坐标系下计算得到，需要根据事先标定的外参将位置变化转换到雷达坐标系下得到雷达坐标系下的位置变换。此外，由于车辆在运动过程中不都是直线行驶，因此位置变换必须去除旋转带来的影响，本实施例中使用旋转变化矩阵去除旋转带来的影响，旋转变化矩阵可以通过惯性传感器得到，也可以通过其他方式获取，此处不做具体限制。
具体的，将所述一帧时间内车辆在车辆坐标系下的位置变化转换到雷达坐标系下得到一帧时间内雷达坐标系的位移变换，包括：将所述一帧时间内车辆在车辆坐标系下的位置变化与第一外参和旋转变换矩阵相乘，将得到的乘积作为一帧时间内雷达坐标的位移变换；其中，所述第一外参表示车辆坐标系到雷达坐标系的转换矩阵，所述旋转变化矩阵为一帧时间内车辆坐标系的旋转变换矩阵。
其中，第一外参可以表示车辆坐标系到雷达坐标系的转换关系，第一外参可以为车辆坐标系到雷达坐标系的转换矩阵，第一外参可以通过事先标定获得。
具体的计算公式如下：
Figure BDA0004167973820000111
其中，Tvehicle-lidar表示车辆坐标系到雷达坐标系的转换矩阵，
Figure BDA0004167973820000112
表示一帧时间内车辆坐标系的旋转变换矩阵，/>
Figure BDA0004167973820000113
表示一帧时间内车辆在车辆坐标系下的位移，
Figure BDA0004167973820000114
表示一帧时间内雷达坐标的位移变换。
S240、基于惯性传感器确定一帧时间内雷达坐标系的旋转变换。
S250、基于所述位移变换和所述旋转变换对一帧时间内的雷达点云进行运动补偿。
本发明实施例二提供的一种基于多传感器的运动补偿方法，首先获取一帧时间内相邻时间戳轮速传感器测量得到的车轮速度；其次根据所述车轮速度确定一帧时间内车辆在车辆坐标系下的位置变化；然后将所述一帧时间内车辆在车辆坐标系下的位置变化转换到雷达坐标系下得到一帧时间内雷达坐标系的位移变换；之后基于惯性传感器确定一帧时间内雷达坐标系的旋转变换；最后基于所述位移变换和所述旋转变换对一帧时间内的雷达点云进行运动补偿。该方法使用轮速传感器计算车辆的位移，考虑到车辆可能行驶的非直线运动对位移带来的影响，使得计算结果更加可靠；通过坐标系的转换将车辆坐标系的位移变换转换到雷达坐标系下，可以得到真实的雷达坐标系的位移变换。
实施例三
图3为本发明实施例三提供的一种基于多传感器的运动补偿方法的流程示意图，本实施例三在上述各实施例的基础上进行优化。在本实施例中，将使用惯性传感器确定一帧时间内车辆在雷达坐标系下的旋转变换进一步具体化。本实施例尚未详尽的内容请参考实施例一和二。
如图3所示，本发明实施例三提供的一种基于多传感器的运动补偿方法，包括如下步骤：
S310、基于轮速传感器确定一帧时间内雷达坐标系的位移变换。
S320、获取通过轮速传感器测量得到的测量角速度。
其中，测量角速度可以为通过轮速计测量得到的车辆角速度，电子设备可以直接从轮速传感器处获取测量角速度，测量角速度可以包括一帧时间内相邻时间戳车辆的角速度。
S330、根据所述测量角速度确定一帧时间内IMU坐标系的旋转变化，所述旋转变化通过四元素表示。
进一步的，所述测量角速度为相邻时间戳内车辆的平均角速度，相应的，所述根据所述测量角速度确定一帧时间内IMU坐标系的旋转变化，包括：
将所述平均角速度去除确定性误差和随机误差得到相邻时间戳内车辆的真实角速度，所述确定性误差采用六面法标定，所述随机误差采用Allan方差标定；计算所述真实角速度和时间差的乘积得到相邻时间戳内IMU坐标系的角度变化，所述时间差为相邻时间戳的差值；将一帧时间内所有相邻时间戳内IMU坐标系的角度变化求和得到一帧时间内IMU坐标系的旋转变化，所述旋转变化通过角度转四元素公式转换为四元素表示。本实施例中，将T1时刻和T2时刻作为相邻时间戳，计算真实角速度的具体公式如下：
Figure BDA0004167973820000131
Figure BDA0004167973820000132
其中，
Figure BDA0004167973820000133
表示车辆在T1时刻的测量角速度，/>
Figure BDA0004167973820000134
表示车辆在T2时刻的测量角速度，/>
Figure BDA0004167973820000135
表示相邻时间戳内车辆的平均角速度，bg表示确定性误差，Wn表示随机误差，/>
Figure BDA0004167973820000136
表示相邻时间戳内车辆的真实角速度。
本实施例中，计算一帧时间内车辆在IMU坐标系下的旋转变化的具体公式如下：
ΔT＝T1-T2
Figure BDA0004167973820000137
Figure BDA0004167973820000138
Figure BDA0004167973820000139
其中，ΔT表示相邻时间戳的时间差，
Figure BDA0004167973820000141
表示相邻时间戳内车辆的真实角速度，/>
Figure BDA0004167973820000142
表示相邻时间戳内IMU坐标系的角度变化，/>
Figure BDA0004167973820000143
表示一帧时间内IMU坐标系的旋转变化，/>
Figure BDA0004167973820000144
为四元素表示的旋转变化。
S340、将所述一帧时间内IMU坐标系的旋转变化转换到雷达坐标系下得到一帧时间内雷达坐标系的旋转变换。
进一步的，将所述一帧时间内IMU坐标系的旋转变化转换到雷达坐标系下得到一帧时间内雷达坐标系的旋转变换，包括：将所述一帧时间内IMU坐标系的旋转变化与第二外参相乘得到一帧时间内雷达坐标系的旋转变化，所述第二外参为IMU坐标系到雷达坐标系的转换矩阵，所述旋转变化由四元素表示；将由四元素表示的旋转变化通过四元素旋转矩阵转换为矩阵形式的旋转变换。
本实施例中，通过如下公式计算一帧时间内雷达坐标系的旋转变换：
Figure BDA0004167973820000145
Figure BDA0004167973820000146
其中，Timu-lidar表示第二外参，
Figure BDA0004167973820000147
表示一帧时间内IMU坐标系的旋转变化，
Figure BDA0004167973820000148
表示一帧时间内雷达坐标系的旋转变化，/>
Figure BDA0004167973820000149
表示矩阵形式的一帧时间内雷达坐标系的旋转变换。
S350、基于所述位移变换和所述旋转变换对一帧时间内的雷达点云进行运动补偿。
本发明实施例三提供的一种基于多传感器的运动补偿方法，首先基于轮速传感器确定一帧时间内雷达坐标系的位移变换；其次获取通过轮速传感器测量得到的测量角速度；然后根据所述测量角速度确定一帧时间内IMU坐标系的旋转变化，所述旋转变化通过四元素表示；之后将所述一帧时间内IMU坐标系的旋转变化转换到雷达坐标系下得到一帧时间内雷达坐标系的旋转变换；最后基于所述位移变换和所述旋转变换对一帧时间内的雷达点云进行运动补偿。该方法使用惯性传感器计算一帧时间内车辆的角度变化，剔除惯性传感器测量结果的确定性误差和随机误差对测量值的影响，使得结果更加准确；通过坐标系的转换将IMU坐标系的旋转变换转换到雷达坐标系下，可以得到真实的雷达坐标系的旋转变换。
实施例四
图4为本发明实施例四提供的一种基于多传感器的运动补偿装置的结构示意图，该装置可适用于在自动驾驶场景下对激光雷达采集的点云数据进行运动补偿的情况，其中该装置可由软件和/或硬件实现，并一般集成在电子设备上。
如图4所示，该装置包括：第一确定模块110、第二确定模块120以及运动补偿模块130。
第一确定模块110，用于基于轮速传感器确定一帧时间内雷达坐标系的位移变换；
第二确定模块120，用于基于惯性传感器确定一帧时间内雷达坐标系的旋转变换；
运动补偿模块130，用于基于所述位移变换和所述旋转变换对一帧时间内的雷达点云进行运动补偿。
在本实施例中，该装置首先通过第一确定模块110基于轮速传感器确定一帧时间内雷达坐标系的位移变换；然后通过第二确定模块120基于惯性传感器确定一帧时间内雷达坐标系的旋转变换；最后通过运动补偿模块130基于所述位移变换和所述旋转变换对一帧时间内的雷达点云进行运动补偿。
本实施例提供了一种基于多传感器的运动补偿装置，通过误差较小的位移变换和旋转变换进行运动补偿，使得运动补偿后的雷达点云无重影。
进一步的，第一确定模块110包括：
第一获取单元，用于获取一帧时间内相邻时间戳轮速传感器测量得到的车轮速度；
第一确定单元，用于根据所述车轮速度确定一帧时间内车辆在车辆坐标系下的位置变化；
第一转换单元，用于将所述一帧时间内车辆在车辆坐标系下的位置变化转换到雷达坐标系下得到一帧时间内雷达坐标系的位移变换；
其中，在坐标系转换过程中去除车辆旋转带来的影响因子。
在上述优化的基础上，第一确定单元具体用于：根据所述车轮速度确定一帧时间的相邻时间戳内车辆的前进速度；计算所述前进速度和时间差的乘积得到相邻时间戳内车辆的运动距离，所述时间差为相邻时间戳的差值；将一帧时间内所有相邻时间戳内车辆的运动距离求和得到一帧时间内车辆在车辆坐标系下的运动位置变化。
基于上述技术方案，第一转换单元具体用于：将所述一帧时间内车辆在车辆坐标系下的位置变化与第一外参和旋转变换矩阵相乘，将得到的乘积作为一帧时间内雷达坐标的位移变换；其中，所述第一外参表示车辆坐标系到雷达坐标系的转换矩阵，所述旋转变化矩阵为一帧时间内车辆坐标系的旋转变换矩阵。
进一步的，第一确定模块120包括：
第二获取单元，用于获取通过轮速传感器测量得到的测量角速度；
第二确定单元，用于根据所述测量角速度确定一帧时间内IMU坐标系的旋转变化，所述旋转变化通过四元素表示；
第二转换单元，用于将所述一帧时间内IMU坐标系的旋转变化转换到雷达坐标系下得到一帧时间内雷达坐标系的旋转变换。
在上述优化的基础上，所述测量角速度为相邻时间戳内车辆的平均角速度，相应的，第二确定单元具体用于：将所述平均角速度去除确定性误差和随机误差得到相邻时间戳内车辆的真实角速度，所述确定性误差采用六面法标定，所述随机误差采用Allan方差标定；计算所述真实角速度和时间差的乘积得到相邻时间戳内IMU坐标系的角度变化，所述时间差为相邻时间戳的差值；将一帧时间内所有相邻时间戳内IMU坐标系的角度变化求和得到一帧时间内IMU坐标系的旋转变化，所述旋转变化通过角度转四元素公式转换为四元素表示。
基于上述技术方案，第二转换单元具体用于：将所述一帧时间内IMU坐标系的旋转变化与第二外参相乘得到一帧时间内雷达坐标系的旋转变化，所述第二外参为IMU坐标系到雷达坐标系的转换矩阵，所述旋转变化由四元素表示；将由四元素表示的旋转变化通过四元素旋转矩阵转换为矩阵形式的旋转变换。
进一步的，运动补偿模块130具体用于：将所述位移变换和所述旋转变换进行融合得到运动变换矩阵；根据激光雷达采集的雷达点和运动变换矩阵在一帧时间内进行线性插值，得到雷达点时间戳时的雷达坐标系相对于帧头时间戳时的雷达坐标系的相对位姿关系；根据所述相对位姿关系将一帧时间内的雷达点云以及位移畸变转换到帧头时间戳时的雷达坐标系下；通过在三维点坐标上加上运动畸变进行运动补偿。
上述基于多传感器的运动补偿装置可执行本发明任意实施例所提供的基于多传感器的运动补偿方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例五
图5示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备10的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备可以为域控制器。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
如图5所示，电子设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)12、随机访问存储器(RAM)13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器(ROM)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(RAM)13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出(I/O)接口15也连接至总线14。
电子设备10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如基于多传感器的运动补偿方法。
在一些实施例中，基于多传感器的运动补偿方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的基于多传感器的运动补偿方法中的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行基于多传感器的运动补偿方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
实施例六
图6为本发明实施例六提供的一种车辆的结构示意图，如图6所示，该车辆包括激光雷达和用于执行本发明任一实施例所述的基于多传感器的运动补偿方法的电子设备，电子设备可以为域控制器。
其中，车辆上的激光雷达用于获取激光雷达点云。
上述车辆可执行本发明任意实施例所提供的基于多传感器的运动补偿方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于多传感器的运动补偿方法，其特征在于，所述方法包括：
基于轮速传感器确定一帧时间内雷达坐标系的位移变换；
基于惯性传感器确定一帧时间内雷达坐标系的旋转变换；
基于所述位移变换和所述旋转变换对一帧时间内的雷达点云进行运动补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于轮速传感器确定一帧时间内雷达坐标系的位移变换，包括：
获取一帧时间内相邻时间戳轮速传感器测量得到的车轮速度；
根据所述车轮速度确定一帧时间内车辆在车辆坐标系下的位置变化；
将所述一帧时间内车辆在车辆坐标系下的位置变化转换到雷达坐标系下得到一帧时间内雷达坐标系的位移变换；
其中，在坐标系转换过程中去除车辆旋转带来的影响因子。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述车轮速度确定一帧时间内车辆在车辆坐标系下的位置变化，包括：
根据所述车轮速度确定一帧时间的相邻时间戳内车辆的前进速度；
计算所述前进速度和时间差的乘积得到相邻时间戳内车辆的运动距离，所述时间差为相邻时间戳的差值；
将一帧时间内所有相邻时间戳内车辆的运动距离求和得到一帧时间内车辆在车辆坐标系下的运动位置变化。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述一帧时间内车辆在车辆坐标系下的位置变化转换到雷达坐标系下得到一帧时间内雷达坐标系的位移变换，包括：
将所述一帧时间内车辆在车辆坐标系下的位置变化与第一外参和旋转变换矩阵相乘，将得到的乘积作为一帧时间内雷达坐标的位移变换；
其中，所述第一外参表示车辆坐标系到雷达坐标系的转换矩阵，所述旋转变化矩阵为一帧时间内车辆坐标系的旋转变换矩阵。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于惯性传感器确定一帧时间内雷达坐标系的旋转变换，包括：
获取通过轮速传感器测量得到的测量角速度；
根据所述测量角速度确定一帧时间内IMU坐标系的旋转变化，所述旋转变化通过四元素表示；
将所述一帧时间内IMU坐标系的旋转变化转换到雷达坐标系下得到一帧时间内雷达坐标系的旋转变换。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述测量角速度为相邻时间戳内车辆的平均角速度，相应的，所述根据所述测量角速度确定一帧时间内IMU坐标系的旋转变化，包括：
将所述平均角速度去除确定性误差和随机误差得到相邻时间戳内车辆的真实角速度，所述确定性误差采用六面法标定，所述随机误差采用Allan方差标定；
计算所述真实角速度和时间差的乘积得到相邻时间戳内IMU坐标系的角度变化，所述时间差为相邻时间戳的差值；
将一帧时间内所有相邻时间戳内IMU坐标系的角度变化求和得到一帧时间内IMU坐标系的旋转变化，所述旋转变化通过角度转四元素公式转换为四元素表示。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述一帧时间内IMU坐标系的旋转变化转换到雷达坐标系下得到一帧时间内雷达坐标系的旋转变换，包括：
将所述一帧时间内IMU坐标系的旋转变化与第二外参相乘得到一帧时间内雷达坐标系的旋转变化，所述第二外参为IMU坐标系到雷达坐标系的转换矩阵，所述旋转变化由四元素表示；
将由四元素表示的旋转变化通过四元素旋转矩阵转换为矩阵形式的旋转变换。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述位移变换和所述旋转变换对一帧时间内的雷达点云进行运动补偿，包括：
将所述位移变换和所述旋转变换进行融合得到运动变换矩阵；
根据激光雷达采集的雷达点和运动变换矩阵在一帧时间内进行线性插值，得到雷达点时间戳时的雷达坐标系相对于帧头时间戳时的雷达坐标系的相对位姿关系；
根据所述相对位姿关系将一帧时间内的雷达点云以及位移畸变转换到帧头时间戳时的雷达坐标系下；
通过在三维点坐标上加上运动畸变进行运动补偿。
9.一种基于多传感器的运动补偿装置，其特征在于，所述装置包括：
第一确定模块，用于基于轮速传感器确定一帧时间内雷达坐标系的位移变换；
第二确定模块，用于基于惯性传感器确定一帧时间内雷达坐标系的旋转变换；
运动补偿模块，用于基于所述位移变换和所述旋转变换对一帧时间内的雷达点云进行运动补偿。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-8中任一项所述的基于多传感器的运动补偿方法。
11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-8中任一项所述的基于多传感器的运动补偿方法。
12.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括激光雷达以及如权利要求10所述的电子设备。
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