CN116413702A - 激光雷达位姿的诊断方法、激光雷达及自动驾驶车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光雷达位姿的诊断方法，其中激光雷达固定于使用装置上，诊断方法包括：获取激光雷达处于标准位姿时扫描标定物的第一参考数据；控制激光雷达在当前位姿扫描标定物，采集激光雷达的第一测量数据；根据第一参考数据和第一测量数据，判断激光雷达的当前位姿是否偏离标准位姿。本发明的实施例利用激光雷达自身点云数据的特点，在激光雷达正常使用的过程中自行诊断其与使用装置相对位姿的异常变化，不需要其他探测设备的配合，计算简单，结果准确。本发明的实施例还提供了一种激光雷达和自动驾驶车辆，应用前述的诊断方法，快速准确诊断激光雷达与自动驾驶车辆的相对位姿，保证自动驾驶车辆运行安全。

Description

激光雷达位姿的诊断方法、激光雷达及自动驾驶车辆
技术领域
本发明大致涉及激光雷达技术领域，尤其是一种激光雷达位姿的诊断方法，一种激光雷达，一种自动驾驶车辆和一种计算机可读存储介质。
背景技术
激光雷达是一种常用的探测设备，利用目标反射的回波获取目标的有关信息，在自动驾驶、环境监测、交通通讯以及测量测绘等领域均有广泛应用。目标的距离、方位、高度和速度等参数都是相对于激光雷达的安装位置获取的相对参数，因此激光雷达对于安装位置的准确性具有严格要求，激光雷达通常采用机械连接的方式固定于使用装置上。使用装置在获取激光雷达的原始点云数据后，结合激光雷达与使用装置之间的相对位姿信息，获取激光雷达坐标系与世界坐标系的变换矩阵，将激光雷达的原始点云数据转换为相对使用装置的环境三维数据，但在实际使用过程中，发生碰撞或刮擦等，激光雷达与使用装置的相对位置可能会产生异常变化，会使得使用装置计算获得的三维数据异常，进而导致测绘精度异常，容易引起安全事故。
现有技术中，激光雷达与使用装置的相对位姿需要其他的探测装置进行配合诊断，在激光雷达探测周围环境的同时，利用安装在使用装置上的摄像头拍摄周围环境图像，将激光雷达的点云数据与摄像头获取的图像相互对照比较，判断激光雷达与使用装置的相对位姿是否发生变化，但这一方法需要激光雷达的点云数据与图像相互匹配，同时还需要在使用装置上安装用于诊断激光雷达位姿的其他探测设备，不仅计算过程繁琐，而且还可能会增加使用装置的结构复杂程度。
背景技术部分的内容仅仅是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
针对现有技术中的一个或多个缺陷，本发明提供一种激光雷达位姿的诊断方法，不需要利用其他探测设备配合，能够在激光雷达正常使用的过程中自动诊断与使用装置相对位姿的异常变化，诊断过程简单迅速，诊断结果准确。本发明还提供一种激光雷达和一种安装有激光雷达的自动驾驶车辆，应用前述的诊断方法，快速诊断激光雷达和自动驾驶车辆的相对位姿，防止激光雷达位姿异常变化，保证自动驾驶车辆运行安全。本发明还提供一种计算机可读存储介质，用于执行前述诊断方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种激光雷达位姿的诊断方法，其中所述激光雷达固定于使用装置上，所述诊断方法包括：
S101：获取所述激光雷达处于标准位姿时扫描标定物的第一参考数据；
S102：控制所述激光雷达在当前位姿扫描所述标定物，采集所述激光雷达的第一测量数据；和
S103：根据所述第一参考数据和所述第一测量数据，判断激光雷达的当前位姿是否偏离所述标准位姿。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S103包括：比较所述第一参考数据和所述第一测量数据，当所述第一参考数据和所述第一测量数据之间的差大于预设阈值时，判断所述激光雷达的当前位姿偏离所述标准位姿。
根据本发明的一个方面，其中所述标定物是基准平面，所述第一参考数据包括所述激光雷达处于标准位姿时扫描所述基准平面获得的基准点云，所述第一测量数据包括所述激光雷达在当前位姿扫描所述基准平面获得的测量点云。
根据本发明的一个方面，其中所述参数包括以下中的一个或多个：
点云的形状；
点云环的数量；
点云环的间距；
点云环的半径；
点云中的数据点所对应的距离。
根据本发明的一个方面，所述诊断方法还包括：根据所述第一测量数据确定所述使用装置是否处于与所述基准平面相平行的平面上，当所述使用装置处于与所述基准平面相平行的平面上，执行所述步骤S103。
根据本发明的一个方面，其中所述标定物包括使用装置上位于激光雷达扫描范围内的预设结构，所述第一参考数据包括所述激光雷达处于标准位姿时扫描所述预设结构获得的距离和/或方位，所述第一测量数据包括所述激光雷达处于当前位姿时扫描所述预设结构获得的距离和/或方位。
根据本发明的一个方面，其中预设结构包括所述使用装置上的固定结构或其他激光雷达。
根据本发明的一个方面，其中所述位姿包括安装高度和/或安装角度。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S103还包括：当所述激光雷达的当前位姿偏离所述标准位姿时，判断所述当前位姿相对于所述标准位姿偏离的偏移方向。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S101包括：
S1011：将所述激光雷达设置在标准位姿；
S1012：控制所述激光雷达扫描所述标定物，并获取所述激光雷达的测量值；
S1013：将所述测量值储存作为所述第一参考数据。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S101还包括：
S1014：判断所述测量值是否合理，如果测量值不合理则重新进行步骤S1012。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S103还包括：
S1031：当判断激光雷达的当前位姿偏离所述标准位姿时，递增故障连续次数，并进行步骤S1033；
S1032：当判断激光雷达的当前位姿未偏离所述标准位姿时，将故障连续次数清零；
S1033：判断所述故障连续次数是否达到次数阈值，当所述故障连续次数达到次数阈值时，发送诊断信息。
根据本发明的一个方面，其中所述使用装置上的不同位置处设置有多个激光雷达，所述诊断方法还包括：当其中多个激光雷达均偏离其标准位姿时，确认所述使用装置的姿态是否偏离标定姿态，所述标定姿态是执行步骤S101时，所述使用装置的姿态。
根据本发明的一个方面，其中所述激光雷达包括多个探测通道，采用其中一部分探测通道执行所述诊断方法。
一种激光雷达，包括：
发射装置，配置成向周围环境发射探测信号；
探测装置，配置成接收所述探测信号的回波；
处理装置，配置成根据所述回波生成激光雷达的点云，并配置成执行如前所述的诊断方法。
一种自动驾驶车辆，包括：
一个或多个激光雷达，所述激光雷达固定于所述自动驾驶车辆上；
雷达检测系统，所述雷达检测系统与所述激光雷达通讯，并配置成能够执行如前所述的诊断方法。
根据本发明的一个方面，所述自动驾驶车辆还包括车辆检测系统，所述车辆检测系统与所述雷达检测系统通讯，车辆检测系统配置成能够检测所述自动驾驶车辆的姿态。
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命令，所述可执行命令在被处理器执行时实施如前所述的诊断方法。
与现有技术相比，本发明的实施例提供了一种激光雷达位姿的诊断方法，利用激光雷达自身点云数据的特点，在激光雷达正常使用的过程中自行诊断其与使用装置相对位姿的异常变化，不需要其他探测设备的配合，计算简单，结果准确。本发明的实施例还提供了一种激光雷达和自动驾驶车辆，应用前述的诊断方法，快速准确诊断激光雷达与自动驾驶车辆的相对位姿，保证自动驾驶车辆运行安全。本发明还提供了一种计算机可读存储介质，用于实行前述的诊断方法。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的一个实施例中激光雷达位姿的诊断方法的流程示意图；
图2是本发明的一个实施例中根据点云诊断激光雷达位姿的流程示意图；
图3A是本发明的一个实施例中360°机械旋转式激光雷达处于标准位姿时在基准平面上的点云图；
图3B是本发明的一个实施例中混合固态激光雷达处于标准位姿时在基准平面上的点云图；
图4是本发明的一个实施例中激光雷达在安装高度方向上异常变化前后的对比图；
图5是本发明的一个实施例中激光雷达在安装角度方向上异常变化钱厚德对比图；
图6是本发明的一个实施例中激光雷达与预设结构的位置关系示意图；
图7是本发明的一个实施例中激光雷达获取参考数据方法的流程示意图；
图8是本发明的一个实施例中激光雷达位姿的诊断方法中包含消除误判过程的流程示意图；
图9是本发明的一个实施例中激光雷达的示意图；和
图10是本发明的一个实施例中激光雷达的自动驾驶车辆的结构框图。
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。
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。
激光雷达通常固定于使用装置上，激光雷达可以是机械旋转式雷达、混合固态雷达或固态激光雷达，使用装置可以是自动驾驶车辆、无人机或测量测绘仪器等。机械旋转式雷达中的发射装置和探测装置设置在转子上，能够随转子绕固定轴旋转，以获得更大的扫描范围，例如能够在水平面内进行360°旋转扫描。混合固态激光雷达的发射装置和探测装置本身不进行旋转，发射装置发射的探测光被转镜、振镜等扫描镜偏转到目标空间，通过扫描镜的转动将探测光偏转到不同的角度，其水平面内的探测范围为扇形区域，水平视场角一般小于180°。固态激光雷达不含机械旋转部件，通过发光元件、探测元件以及相应的光学元件的设计，使探测光能够覆盖一定的水平和垂直视场范围。
激光雷达部分激光器相对于激光雷达的底平面(垂直角度0°)以正角度发射激光束，部分激光相对于该底平面以负角度发射激光束，从而构成激光雷达的垂直视场。例如水平安装的激光雷达，在不考虑发光功率和地面情况对激光回波的影响、并且无其他物体遮挡的情况下，成负角度发射的激光束均会照射到地面上。
根据本发明的一个实施例，激光雷达的位姿包括其相对于使用装置的安装高度和/或安装角度，以自动驾驶车辆为例，激光雷达通常以固定的安装高度和/或安装角度设置在自动驾驶车辆的车顶上或者其他位置处。
图1示出了根据本发明的一个实施例的激光雷达位姿的诊断方法100，下面参考图1详细描述。
在步骤S101，获取激光雷达处于标准位姿时扫描标定物的第一参考数据，其中激光雷达的标准位姿是指经过标定检测后激光雷达相对于使用装置的位姿，激光雷达的原始点云数据经过转化后能够得到使用装置与扫描目标物准确的相对位置关系。
激光雷达的标定可以在固定的场所中进行，可以使用各种预设的平面或者结构作为扫描标定物。根据本发明的一个优选实施例，本步骤中的标定物为基准平面和/或使用装置上位于激光雷达扫描范围内的预设结构。其中基准平面可以是标定车间内的特定平面，也可以是与使用装置相对位置固定的其他平面，例如是水平无起伏的地面或具有特定角度的坡面。也可以利用使用装置上的固定的预设结构来作为扫描标定物，预设结构可以是特定形状的凸起，其他激光雷达或探测设备等，预设结构位于激光雷达的探测范围内。
在进行激光雷达的标定时，首先确认激光雷达处于标准位姿，此时对标定物进行扫描，并获得第一参考数据，第一参考数据可以是激光雷达获取的回波数据、点云、以及从回波数据和点云提取的特征值等，其具体数据和类型在后续实施例中详细描述。
在步骤S102，控制激光雷达在当前位姿扫描标定物，采集激光雷达的第一测量数据。
步骤102中的标定物与步骤S101中的标定物对应，例如以基准平面作为标定物，步骤S101和S102中扫描的基准平面对应于相同的平面，例如步骤S101和步骤S102中的标定物均为同一标定车间内的特定平面，也可以是具有相同特征的平面，例如步骤S101中的基准平面为水平无起伏的地面，本步骤可以选择任意位置水平无起伏的水平面(如路面)作为标定物。第一测量数据与第一参考数据的类型相对应，例如均选择激光雷达点云的形状或者从回波数据和点云提取的特征值。
在步骤S103，根据第一参考数据和第一测量数据判断激光雷达的当前位姿是否偏离标准位姿。
激光雷达扫描标定物获取回波后，其回波数据和生成的点云具有特殊形状，当激光雷达在当前位姿扫描相同的标定物，获取类型相同的数据，即可判断激光雷达的当前位姿是否偏离标准位姿，并可以根据第一测量数据和第一参考数据的偏差确定激光雷达的偏离方向。具体的，由于步骤S101中的第一参考数据是基于激光雷达处于标准位姿时扫描标定物获得的，并且步骤S102中激光雷达的第一测量数据也是基于扫描相同标定物获得的，因此如果激光雷达的当前位姿未偏离标准位姿，第一测量数据将与第一参考数据充分相互或者相对应，将在其他实施例中详细描述。
如图2所示，根据本发明的一个优选实施例，激光雷达位姿的诊断方法200中的标定物为基准平面，例如是水平面。在步骤S201，激光雷达处于标准位姿时扫描基准平面获得基准点云，点云可以由激光雷达中发出的所有与基准平面成负角度的激光束经基准平面反射后被激光雷达接收而生成，也可以由部分通道的激光束经基准平面反射后被激光雷达接收而生成。
根据本发明的优选实施例，其中所述第一参考数据和第一测量数据可包括点云的形状、点云环的数量、点云环的间距、点云环的半径和点云中的数据点所对应的距离中的一项或多项。
以水平面为例，标准位姿为激光雷达水平放置的位姿，即激光雷达垂直角度为0°的平面与基准平面相平行，如图3A所示，标准位姿的360°机械旋转式激光雷达在扫描水平面获得的点云的形状为多个同心圆，其中点云环为同心圆。具体的，同心圆的数量为点云环的数量，表示激光雷达中相对于水平面成负角度的激光束的数量；各同心圆的间距为点云环的间距；各同心圆的半径为点云环的半径；每个同心圆上均包含多个数据点，每个数据点具有对应的距离信息。
如图3B所示，混合固态雷达和固态激光雷达的发射装置和探测装置不可旋转，扫描水平面获得的点云为多个同心圆弧，且具有相同的圆周角。其中点云环为圆弧，具体的，同心圆弧的数量为点云环的数量，表示激光雷达中相对于水平面成负角度的激光束的数量；各同心圆弧的间距为点云环的间距；各同心圆弧所对应的半径为点云环的半径；每个同心圆弧上均包含多个数据点，每个数据点具有对应的距离信息。
所述点云环的间距可以是任意两个点云环的间距，点云环的半径是任意一个点云环的半径，点云中的数据点可以是任意一个点云环上的数据点。
由此可见，无论是哪种激光雷达，相对于固定位置的基准平面的点云都具有特定的形状和特征值，当激光雷达处于标准位姿时，激光雷达对水平面进行扫描获得的点云中同心圆或同心圆弧的形状、数量、间距、尺寸以及对应的距离均为特定值。
在步骤S202，激光雷达在当前位姿扫描基准平面获得测量点云。激光雷达在扫描基准平面后获取的点云同样具有一定的形状和相应的特征值，在步骤S203，判断基准点云的参数和测量点云的参数(所述参数可以是点云的形状、点云环的数量、点云环的间距、点云环的半径和点云中的数据点所对应的距离中的一项或多项)之间的差是否大于预设阈值。如果基准点云的参数和测量点云的参数之间的差大于预设阈值，在步骤S204，判断激光雷达的当前位姿偏离了标准位姿，如果基准点云的参数和测量点云的参数之间的差不大于预设阈值，在步骤S205，判断激光雷达的当前位姿未偏离标准位姿。
如在先实施例所述，激光雷达的位姿可包括安装高度和/或安装角度，下面结合图4和图5分别说明如果激光雷达在安装高度或安装角度方向发生偏移，其点云的变化。
如图4所示，其中实线为激光雷达在标准位姿时部分与水平面成负角度的激光束的光路示意，虚线为激光雷达仅在安装高度方向上发生偏移后的光路示意，β表示安装角度，可通过激光雷达的底平面与标准位姿时激光雷达底平面的夹角表示，图4所示的情况安装角度为0，即激光雷达的安装角度未发生偏移。当激光雷达在垂直方向上偏离标准位姿后，激光雷达的角度定向并未发生变化，因此点云的形状并未发生变化，依然为多个同心圆或圆弧，但同心圆或圆弧的间距和尺寸均发生变化。如图4中所示，激光雷达的当前位姿相对于标准位姿在安装高度上降低，测量点云中点云环的数量不变，而点云环的间距减小，每个点云环的半径减小，点云环上的数据点所对应的距离减小。相应的，如果激光雷达的当前位姿相对于标准位姿在安装高度上升高，测量点云中点云环的数量不变，而点云环的间距、点云环的半径和点云中的数据点对应的距离会发生相反的变化。在测量点云和基准点云对比后，如果出现了如上所述的变化，则可以判断激光雷达的当前位姿在安装高度方向上偏离了标准位姿，进一步的，还可以根据数值变化方向和大小差值，获知当前位姿相对于标准位姿的偏离方向和偏离距离。
如前所述，激光雷达处于标准位姿时，相对于水平面的点云为多个同心圆或同心圆弧，其中圆心为激光雷达在水平面内的投影，如图5所示，如果激光雷达的当前位姿相对于标准位姿发生了安装角度的偏移，即β≠0，激光雷达底平面在一侧相对于水平面靠近(图5中的左侧，在图中用“-”表示)，底平面的另一侧相对于水平面远离(图5中的右侧，在图中用“+”表示)。点云变为多个椭圆或椭圆弧，即点云形状发生改变；点云环为椭圆或椭圆弧，点云环的间距、点云环上数据点对应的距离为：在“-”的一侧减小，在“+”的一侧增大，点云环的半径为激光雷达在水平面内的投影与椭圆弧顶点之间的距离，相应的，在“-”的一侧点云环的半径减小，在“+”的一侧点云环的半径增大；点云环的间距和数据点对应的距离也会发生变化，在“-”的一侧点减小，在“+”的一侧增大。并且激光雷达的偏离角度越大，点云形状和特征值变化也越大，同时还可以判断激光雷达的安装角度偏移方向为朝向椭圆或椭圆弧间距缩小的一侧倾斜。当偏离角度超过激光雷达的垂直角度分辨率时，点云环的数量会发生变化。具体的，在“-”的一侧点云环的数量增多，在“+”的一侧数量减少。
以上仅为两种特殊情况下的偏移，在实际使用过程中，激光雷达可能同时包括上述两种情况的偏移，即安装高度和安装角度同时发生变化，其点云的变化也为两种点云变化的叠加。在本发明的另一实施例中，可以根据点云的变化，结合前述的变化规律，判断激光雷达的当前位姿相对于标准位姿的偏离方向。
根据本发明的实施例，针对不同的参数(可以是点云的形状、点云环的数量、点云环的间距、点云环的半径和点云中的数据点所对应的距离中的一项或多项)，可以设置不同的预设阈值。例如对于点云环的数量，可以以1为预设阈值；对于点云环的间距或者环半径，可以以2cm或5cm或者其他数值为预设阈值。
对于不同的点云环，其预设阈值可以不同。具体的，对于更靠近圆心的点云环，其环间距、环半径以及数据点对应的距离本身较小，其预设阈值可以设置的较小；相对远离远心的点云环，其环间距、环半径以及数据点对应的距离更大，其预设阈值设置的较大。在一个实施例中，随着点云环远离远心，点云环的间距、点云环的半径和点云中的数据点所对应的距离中的一项或多项所对应的预设阈值依次增大。
如图4和图5所示，即使激光雷达偏离了标准位姿，其扫描基准平面所获得的点云也应符合特定形状和特定数据。因此，根据本发明的一个优选实施例，当标定物为基准平面(例如水平面)时，根据第一测量数据判断使用装置是否处于与所述基准平面相平行的平面上，当使用装置处于与所述基准平面相平行的平面上时，继续进行诊断。如果第一测量数据不符合使用装置与所述基准平面相平行的点云特征，说明使用装置的当前位置并未在水平面上，则第一测量数据不具有与第一参考数据比对的价值。
在一些场景中，路面可能存在坑洼、障碍物等情况，此时激光雷达扫描路面所获得的点云不符合扫描水平面的点云形状，且可以根据点云获知障碍物的距离和方位信息。据此，根据第一测量数据，判断激光雷达所扫描的路面是否是与基准平面相平行的平面。在激光雷达所扫描的路面是与基准平面相平行的平面时，即使用装置处于与基准平面相平行的平面上，继续进行激光雷达位姿的诊断。从而可以避免被扫描面本身的偏差导致的诊断误差，提高诊断结果准确性。
根据本发明的一个优选实施例，标定物还包括使用装置上位于激光雷达扫面范围内的预设结构，例如图6所示，使用装置10上固定设置有两个预设结构30，预设结构30可以设置成固定结构，进一步的，设置成便于激光雷达20扫描识别的特殊形状，也可以是其他的探测结构，例如是其他激光雷达。第一参考数据包括激光雷达20处于标准位姿时扫描预设结构30获得的距离和/或方位，相应的，第一测量数据包括激光雷达20处于当前位姿时扫描预设结构30获得的距离和/或方位。
激光雷达20经过标定后，其与使用装置10的相对位置固定，进一步的，激光雷达20与使用装置10上的预设结构30的相对位置同样固定，这里的相对位置包括距离和/或方位角，当激光雷达20相对于使用装置10发生偏移后，其与预设结构30的相对位置也会发生变化，可以用于诊断激光雷达20的当前位姿是否偏移。进一步的，如图6所示，可以在使用装置10上的不同位置设置多个预设结构30，在激光雷达20扫描多个预设结构30获得的距离和/或方位均偏离第一参考数据时，判定激光雷达20当前位姿偏离标准位姿，从而提高诊断的准确性。
根据本发明的一个优选实施例，还可以通过激光雷达20与预设结构30的距离和/或角度的偏差方向和偏差值，确定激光雷达20的偏移方向和偏移量。
图7示出了根据本发明的一个优选实施例中激光雷达获取参考数据的方法S101的详细流程，下面结合图7详细描述。
在步骤S1011，将激光雷达设置在标准位姿，本步骤中的标准位姿包括激光雷达的安装高度和/或安装角度。可以通过标定车间将激光雷达固定在使用装置上，对激光雷达和使用装置的相对位置进行标定，标定基于的位姿为标准位姿。
在步骤S1012，控制激光雷达扫描标定物，并获取激光雷达的测量值，如前所述，本步骤中的标定物可以是基准平面，也可以是设置在使用装置上的预设结构，其中的测量值包括点云，也可以是相对位置信息，例如距离和方位角。
根据本发明的一个优选实施例，如图7所述，在步骤S1014，判断测量值是否合理。如果测量值合理，则进行到步骤S1013，将测量值储存作为第一参考数据；如果测量值不合理则重新进行步骤S1012。如前所述，激光雷达处于标准位姿时，其在基准平面上获取的点云是具有特定形状和特定数值的，如果测量值不符合理论情况下的特定形状或特定数值，则测量值不合理，需要舍弃后重新进行测量。当标定物为预设结构时，激光雷达与预设结构的距离和方位也具有一个合理范围值，如果测量值超出范围，则确定测量值不合理。第一参考数据是诊断激光雷达当前位姿所基于的标准数据，因此需要获取准确的数据，进行合理性判断法能够提高第一参考数据的准确性，以保证激光雷达当前位姿的诊断结果准确。
图8示出了根据本发明的一个优选实施例中激光雷达位姿的诊断方法300的流程，其中包括了判断诊断结果是否存在误判的过程，下面结合图8详细描述。
诊断方法300中的步骤S301、S302、S303和S305与诊断方法200中的步骤S201、S202、S203和S205基本一致，区别仅在于本实施例中的标定物还包括预设结构，上述步骤在此不再赘述。
在步骤S304，当第一测量数据与第一基准数据的差大于预设阈值时，不直接判断激光雷达的当前位姿偏离标准位姿，而是更新故障连续次数。故障连续次数的初始值可置零，当第一测量数据与第一基准数据的差大于预设阈值时，故障连续次数进行计数；下一次第一测量数据与第一基准数据的差大于预设阈值时，累积故障连续次数。
在优选实施例中，在步骤S303，判断第一测量数据与第一基准数据的差值没有超过预设阈值时，重置(例如清零)故障连续次数。
在步骤S306，判断故障次数是否达到次数阈值，如果未达到次数阈值，则重复执行步骤S302，在激光雷达的当前位姿下再次进行扫描；如果故障连续次数达到次数阈值，则认为激光雷达的当前位姿偏离的标准位姿，在步骤S307，发送诊断信息，此时的诊断信息为激光雷达的当前位姿偏离标准位姿。如果在步骤S303判定第一测量数据与第一基准数据的差不大于预设阈值，判断为激光雷达的当前位姿未偏离标准位姿，同样发送诊断信息，此时的诊断信息为激光雷达的当前位姿未偏离标准位姿。
如果激光雷达的当前位姿偏离了标准位姿，第一测量数据与第一基准数据的差通常会大于预设阈值，因此在任意诊断循环中当出现了第一测量数据与第一基准数据的差不大于预设阈值的情况，即可认为激光雷达的当前位姿并未偏离，对故障连续次数进行清零。在第一测量数据与第一基准数据的差大于预设阈值时，可能存在误判的情况，此时递增故障连续次数，当故障连续次数达到次数阈值时，才发送诊断信息。设置故障连续次数能够提高激光雷达位姿诊断过程的准确度，排除错误诊断，提高诊断结果的准确性。故障连续次数的阈值的设定可以根据具体的使用环境和激光雷达的精度要求灵活选择。
根据本发明的一个优选实施例，在使用装置的不同位置处设置有多个激光雷达，并且多个激光雷达都能够利用前述的诊断方法诊断当前位姿，当其中多个激光雷达均偏离标准位姿时，确认使用装置的姿态是否偏离标定姿态，其中标定姿态是执行步骤S101时，使用装置的姿态。在实际应用中，多个激光雷达均偏离标准位姿的情况比较少见，而第一测量数据结果还会受到使用装置姿态的影响，激光雷达在标准位姿下扫描标定物时，使用装置处于标定姿态，当出现多个激光雷达均偏离标准位姿时，判断使用装置的姿态是否偏离标定姿态。
如图9所示，本发明的实施例还涉及一种激光雷达40，激光雷达40包括发射装置41、探测装置42和处理装置43，其中发射装置41能够向周围环境发射探测信号L，探测装置42能够接收探测信号L的回波L’，进一步的，发射装置41具有多个通道，以探测多个方向，探测装置也具有相对应的通道，以接收相对应的回波。激光雷达的处理装置43能够根据回波生成激光雷达的点云，并且能够执行前述实施例中的诊断方法，用来诊断激光雷达的当前位姿。
如图9所示，本发明的实施例还包括一种自动驾驶车辆50，自动驾驶车辆50包括一个或多个激光雷达51和雷达检测系统52，例如可以在自动驾驶车辆50的车顶设置一个激光雷达51，也可以在自动驾驶车辆50的前端两侧和后端设置多个激光雷达51。雷达检测系统52与激光雷达51通讯，并且能够执行前述实施例中的诊断方法，用于诊断激光雷达51是否偏离了标准位姿。根据本发明的一个优选实施例，自动驾驶车辆50还包括车辆检测系统5，车辆检测系统53与雷达检测系统52通讯，并且能够检测自动驾驶车辆50的姿态。当自动驾驶车辆50中的全部激光雷达51被诊断为偏离标准位姿时，车辆检测系统53能够检测自动驾驶车辆50的姿态，以判断是否因自动驾驶车辆50的姿态原因导致激光雷达位姿诊断误判，例如车辆检测系统53检测自动驾驶车辆50的胎压是否正常，车身是否水平等。
本发明的实施例还包括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命令，可执行命令在被处理器执行时实施如前述实施例中所述的激光雷达位姿的诊断方法。
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 (18)

1.一种激光雷达位姿的诊断方法，其中所述激光雷达固定于使用装置上，所述诊断方法包括：
S101：获取所述激光雷达处于标准位姿时扫描标定物的第一参考数据；
S102：控制所述激光雷达在当前位姿扫描所述标定物，采集所述激光雷达的第一测量数据；和
S103：根据所述第一参考数据和所述第一测量数据，判断激光雷达的当前位姿是否偏离所述标准位姿。
2.根据权利要求1所述的诊断方法，其中所述步骤S103包括：比较所述第一参考数据和所述第一测量数据，当所述第一参考数据和所述第一测量数据之间的差大于预设阈值时，判断所述激光雷达的当前位姿偏离所述标准位姿。
3.根据权利要求1所述的诊断方法，其中所述标定物是基准平面，所述第一参考数据包括所述激光雷达处于标准位姿时扫描所述基准平面获得的基准点云，所述第一测量数据包括所述激光雷达在当前位姿扫描所述基准平面获得的测量点云。
4.根据权利要求3所述的诊断方法，其中所述参数包括以下中的一个或多个：
点云的形状；
点云环的数量；
点云环的间距；
点云环的半径；
点云中的数据点所对应的距离。
5.根据权利要求3所述的诊断方法，还包括：根据所述第一测量数据确定所述使用装置是否处于与所述基准平面相平行的平面上，当所述使用装置处于与所述基准平面相平行的平面上，执行所述步骤S103。
6.根据权利要求1所述的诊断方法，其中所述标定物包括使用装置上位于激光雷达扫描范围内的预设结构，所述第一参考数据包括所述激光雷达处于标准位姿时扫描所述预设结构获得的距离和/或方位，所述第一测量数据包括所述激光雷达处于当前位姿时扫描所述预设结构获得的距离和/或方位。
7.根据权利要求6所述的诊断方法，其中预设结构包括所述使用装置上的固定结构或其他激光雷达。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的诊断方法，其中所述位姿包括安装高度和/或安装角度。
9.根据权利要求8所述的诊断方法，其中所述步骤S103还包括：当所述激光雷达的当前位姿偏离所述标准位姿时，判断所述当前位姿相对于所述标准位姿偏离的偏移方向。
10.根据权利要求1所述的诊断方法，其中所述步骤S101包括：
S1011：将所述激光雷达设置在标准位姿；
S1012：控制所述激光雷达扫描所述标定物，并获取所述激光雷达的测量值；
S1013：将所述测量值储存作为所述第一参考数据。
11.根据权利要求10所述的诊断方法，其中所述步骤S101还包括：
S1014：判断所述测量值是否合理，如果测量值不合理则重新进行步骤S1012。
12.根据权利要求1所述的诊断方法，其中所述步骤S103还包括：
S1031：当判断激光雷达的当前位姿偏离所述标准位姿时，递增故障连续次数，并进行步骤S1033；
S1032：当判断激光雷达的当前位姿未偏离所述标准位姿时，将故障连续次数清零；
S1033：判断所述故障连续次数是否达到次数阈值，当所述故障连续次数达到次数阈值时，发送诊断信息。
13.根据权利要求1所述的诊断方法，其中所述使用装置上的不同位置处设置有多个激光雷达，所述诊断方法还包括：当其中多个激光雷达均偏离其标准位姿时，确认所述使用装置的姿态是否偏离标定姿态，所述标定姿态是执行步骤S101时，所述使用装置的姿态。
14.根据权利要求1所述的诊断方法，其中所述激光雷达包括多个探测通道，采用其中一部分探测通道执行所述诊断方法。
15.一种激光雷达，包括：
发射装置，配置成向周围环境发射探测信号；
探测装置，配置成接收所述探测信号的回波；
处理装置，配置成根据所述回波生成激光雷达的点云，并配置成执行如权利要求1-14中任一项所述的诊断方法。
16.一种自动驾驶车辆，包括：
一个或多个激光雷达，所述激光雷达固定于所述自动驾驶车辆上；
雷达检测系统，所述雷达检测系统与所述激光雷达通讯，并配置成能够执行如权利要求1-14中任一项所述的诊断方法。
17.根据权利要求16所述的自动驾驶车辆，还包括车辆检测系统，所述车辆检测系统与所述雷达检测系统通讯，车辆检测系统配置成能够检测所述自动驾驶车辆的姿态。
18.一种计算机可读存储介质，包括存储于其上的计算机可执行命令，所述可执行命令在被处理器执行时实施如权利要求1-14中任一项所述的诊断方法。
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CN117252880B (zh) * 2023-11-17 2024-01-16 宝德华南(深圳)热能系统有限公司 一种新能源汽车的adas综合评测系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108932736B (zh) * 2018-05-30 2022-10-11 南昌大学 二维激光雷达点云数据处理方法以及动态机器人位姿校准方法
CN109696663B (zh) * 2019-02-21 2021-02-09 北京大学 一种车载三维激光雷达标定方法和系统
US11521329B2 (en) * 2019-11-22 2022-12-06 Baidu Usa Llc Updated point cloud registration pipeline based on ADMM algorithm for autonomous vehicles
WO2021150679A1 (en) * 2020-01-23 2021-07-29 Brain Corporation Systems, apparatuses, and methods for calibrating lidar sensors of a robot using intersecting lidar sensors
WO2021189479A1 (zh) * 2020-03-27 2021-09-30 深圳市速腾聚创科技有限公司 路基传感器的位姿校正方法、装置和路基传感器

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