CN117008104A - 一种传感器标定补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于传感器校准设备技术领域，具体涉及一种传感器标定补偿方法，通过获取经分光镜组射出在测试板上的两个光斑数据，结合激光雷达到测试板的距离、激光雷达的测量量程、测试板的倾斜程度，对测量距离进行补偿值计算，校正装置因素对于测量结果的影响，以真实反映实际情况，减少人为操作误差，进而提高测量和标定精度。
Description
技术领域
本发明属于传感器校准设备技术领域，具体涉及一种传感器标定补偿方法。
背景技术
现有的激光雷达在标定过程中需要进行整机标定，也就是说，在激光雷达各个器件安装完成后，需要激光收发模块对不同距离的测试板、不同放射率材质的测试板进行检测，进而通过对不同条件下探测到的距离与实际距离进行比对，利用软件对两者差距进行补偿，实现校准的目的。但是，由于激光雷达属于高精度设备，其精度处于mm、um级别，在进行标定过程中，测试板需要频繁更换、或移动，在操作过程中，势必会造成其位置的微小改变，且该改变一般不能通过肉眼观察得到，即存在阿贝误差，进而影响激光雷达的精准标定。
发明内容
本发明在于提供一种传感器标定补偿方法，通过获取经分光镜组射出在测试板上的两个光斑数据，结合激光雷达到测试板的距离、激光雷达的测量量程、测试板的倾斜程度，对测量距离进行补偿值计算，校正装置因素对于测量结果的影响，以真实反映实际情况，减少人为操作误差，进而提高测量和标定精度。
一种传感器标定补偿方法，包括如下步骤：
S1：调整激光雷达、分光镜组、测试板的相对位置；
S2：构建光束测量回路，并进行测量；
S21：激光雷达的发射端持续发射光束；
S22：分光镜接收激光雷达发射的光束、并将其分为第一分光光束和第二分光光束；第一光束经分光镜直接射出至测试板，第二分光光束经分光镜折射、并经反射镜反射至测试板上，形成两个光斑；
S23：基于测试板所接收的两个光斑，在测试板的反射作用下将光斑信号反射至激光雷达的接收端；
S24：分别在近端和远端测量激光雷达与测试板上两个光斑的直线距离；
S241：在近端测量激光雷达与测试板上两个光斑的直线距离分别为和/>；
S242：在远端测量激光雷达与测试板上两个光斑的直线距离分别为和/>；
S3：数据处理；
S31：获取激光雷达中激光头与接收镜头的垂直间距、接收镜头与线性传感器的水平距离/>、激光头发射光束光轴与垂直基准线的夹角β；
S32：利用图像处理软件获取激光雷达的接收端接收的两个光斑的图像数据，并获取对应的波峰数据，即在近端两个光斑的像素距离分别为和/>、在远端两个光斑的像素距离分别为/>和/>；
S33：获取线性传感器实时的测量值，并结合经处理的光斑信号数据，计算真实距离进行标定；
真实距离包括测量值/>和补偿值/>，其计算表达式为：
，
式中，补偿值的计算表达式为：
，
其中，为在近端两个光斑在水平方向上的距离差，其计算表达式为：；/>为在远端两个光斑在水平方向上的距离差，其计算表达式为：/>。
通过获取经分光镜组射出在测试板上的两个光斑数据，结合激光雷达到测试板的距离、激光雷达的测量量程、测试板的倾斜程度，对测量距离进行补偿值计算，校正装置因素对于测量结果的影响，以真实反映实际情况，减少人为操作误差，进而提高测量和标定精度。
进一步的，所述S1中，调整激光雷达、分光镜组、测试板的相对位置的过程具体包括：
S11：利用调节台垂直向调整激光雷达高度；
S12：调整分光镜组和测试板的距离，其为固定间距；
S13：利用位移滑台和滑轨调整分光镜组、测试板与激光雷达的水平位置。
进一步的，所述S22中，第一分光光束与经反射镜反射的第二分光光束平行。
进一步的，所述S24中，激光雷达与测试板上两个光斑的直线距离通过设置在底座上的刻度标尺直接获取。
一种传感器标定补偿方法的系统，包括激光雷达、分光镜组、测试板，所述激光雷达、所述分光镜组、所述测试板在水平方向上依次且同轴布置，使所述激光雷达发射的光束，经所述分光镜组分光处理后在所述测试板上形成两个光斑，并在所述测试板的反射作用下将两个光斑的光斑信号回传至所述激光雷达。
通过激光雷达、分光镜组、测试板形成光路测量回路，使得能够通过光路实现对激光雷达到测试板距离的测量，方便简洁。
进一步的，所述激光雷达，其包括：
发射端，其为激光头，用于持续发射光束；
接收端，其包括接收镜头和线性传感器；所述接收镜头接收经所述测试板反射的两个光斑；所述线性传感器与所述激光头垂直向同轴布置，用于接收经所述测试板反射、并经接收镜头汇聚成像的两个光斑信号。
进一步的，所述分光镜组，其包括：
分光镜，其设置在所述发射端的出光光路上，且与垂直方向呈45°度布置；所述分光镜接收所述激光雷达发射的光束、并将其分为第一分光光束和第二分光光束；
反射镜，其为等腰直角三棱柱；所述反射镜包括直角面和斜面，所述直角面朝向所述激光雷达布置，所述斜面与所述分光镜同轴布置；所述反射镜接收所述分光镜折射的第二分光光束、并将其反射。
通过设置分光镜和反射镜，使得经分光镜直接射出的第一分光光束、以及经分光镜折射、再经反射镜反射射出的第二分光光束平行。
进一步的，所述测试板，其位于所述分光镜组的出光光路上、且与所述分光镜组相向设置，用于接收所述分光镜直接射出的第一分光光束以及经所述分光镜折射、再经所述反射镜反射射出的第二分光光束。
进一步的，所述测试板为具有80%反射率的白板。
进一步的，还包括：
底座，其侧壁上设置刻度标尺，用于测量所述激光雷达与所述测试板上光斑的距离；
调节台，其垂直向安装在所述激光雷达和所述底座之间，用于调节所述激光雷达的高度；
位移滑台，其置于所述分光镜组与所述测试板底部、且通过滑轨滑动连接所述底座；所述位移滑台通过步进电机控制其在所述滑轨上水平向运动。
通过设置调节台，能够垂直向调节激光雷达的高度，使其能够与分光镜中心同轴布置；通过设置位移滑台、且其能够通过滑轨在底座上进行水平向位置移动，并通过在底座上设置刻度标尺，使得能够调节分光镜组、测试板与激光雷达的距离并直观获取，便于不同距离的检测和标定。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过获取经分光镜组射出在测试板上的两个光斑数据，结合激光雷达到测试板的距离、激光雷达的测量量程、测试板的倾斜程度，对测量距离进行补偿值计算，校正装置因素对于测量结果的影响，以真实反映实际情况，减少人为操作误差，进而提高测量和标定精度。
2、通过激光雷达、分光镜组、测试板形成光路测量回路，使得能够通过光路实现对激光雷达到测试板距离的测量，方便简洁；通过设置调节台，能够垂直向调节激光雷达的高度，使其能够与分光镜中心同轴布置；通过设置位移滑台、且其能够通过滑轨在底座上进行水平向位置移动，并通过在底座上设置刻度标尺，使得能够调节分光镜组、测试板与激光雷达的距离并直观获取，便于不同距离的检测和标定。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为实施例1中在近端的光路图；
图3为实施例1中在远端的光路图；
图4为实施例1中两个光斑近端波峰距离示意图；
图5为实施例1中两个光斑远端波峰距离示意图；
图6为实施例2中本发明的结构示意图。
附图标记：
激光雷达；11、激光头；121、接收镜头；122、线性传感器；
分光镜组；21、分光镜；22、反射镜；
测试板；
底座；41、刻度标尺；
调节台；
位移滑台；
滑轨。
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，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，并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“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
实施例1
图1所示的是一种传感器标定补偿方法，通过获取经分光镜组2射出在测试板3上的两个光斑数据，结合激光雷达1到测试板3的距离、激光雷达1的测量量程、测试板3的倾斜程度，对测量距离进行补偿值计算，校正装置因素对于测量结果的影响，以真实反映实际情况，减少人为操作误差，进而提高测量和标定精度。具体包括如下步骤：
S1：调整激光雷达1、分光镜组2、测试板3的相对位置；
S11：利用调节台5垂直向调整激光雷达1高度；
S12：调整分光镜组2和测试板3的距离，其为固定间距；
S13：利用位移滑台6和滑轨7调整分光镜组2、测试板3与激光雷达1的水平位置。
S2：构建光束测量回路，并进行测量；
S21：激光雷达1的发射端持续发射光束；
S22：分光镜21接收激光雷达1发射的光束、并将其分为第一分光光束和第二分光光束；第一光束经分光镜21直接射出至测试板3，第二分光光束经分光镜21折射、并经反射镜22反射至测试板3上，形成两个光斑；
其中，第一分光光束与经反射镜22反射的第二分光光束平行。
S23：基于测试板3所接收的两个光斑，在测试板3的反射作用下将其信号反射至激光雷达1的接收端；
其中，激光雷达1的接收端包括线性传感器122，用于捕捉采集经测试板3反射回传的光斑信号。
S24：分别在近端和远端测量激光雷达1与测试板3上两个光斑的直线距离；
S241：在近端测量激光雷达与测试板上两个光斑的直线距离分别为和/>；
S242：在远端测量激光雷达与测试板上两个光斑的直线距离分别为和/>；
其中，激光雷达1与测试板3上两个光斑的直线距离通过设置在底座4上的刻度标尺41获取。
S3：数据处理；
S31：获取激光雷达1中激光头121与接收镜头的垂直间距、接收镜头121与线性传感器122的水平距离/>、激光头11发射光束光轴与垂直基准线的夹角β；
其中，垂直基准线为激光头11与线性传感器122在垂直方向上所在的基准线。
S32：利用图像处理软件获取激光雷达1的接收端接收的两个光斑的图像数据，并获取对应的波峰数据，即在近端两个光斑的像素距离分别为和/>、在远端两个光斑的像素距离分别为/>和/>；
S33：获取线性传感器122实时的测量值，并结合经处理的光斑信号数据，计算真实距离进行标定。
如图2所示，在近端，设定第一分光光束和第二分光光束在测试板3上形成的两个光斑位置点分别为、/>，线性传感器122接收到经测试板3反射、并经接收镜头121汇聚成像的两个光斑位置点分别为/>、/>；在线性传感器122上构建辅助点/>，分别设定线性传感器122上光斑成像点/>与辅助点/>的距离/>为/>、光斑成像点/>与辅助点/>的距离/>为/>,使得激光头11、测试板3上的光斑、接收镜头121入光点所形成的光学三角形与接收镜头121入光点、线性传感器122上构建的辅助点、线性传感器122的光斑成像位置点的光学三角形相似。
基于三角形相似原理，分别可知：
；
式中，，其中，/>为线性传感器122上光斑成像中心与所构建辅助点/>的间距。
即在近端两个光斑在水平方向上的距离差的计算表达式为：
；
如图3所示，在远端，设定第一分光光束和第二分光光束在测试板3上形成的两个光斑位置点分别为、/>，线性传感器122接收到经测试板3反射、并经接收镜头121汇聚成像的两个光斑位置点分别为/>、/>；在线性传感器122上构建辅助点/>，分别设定线性传感器122上光斑成像点/>与辅助点/>的距离/>为/>、光斑成像点/>与辅助点/>的距离/>为/>,使得激光头11、测试板3上的光斑、接收镜头121入光点所形成的光学三角形与接收镜头121入光点、线性传感器122上构建的辅助点、线性传感器122的光斑成像位置点的光学三角形相似。
同理，基于三角形相似原理，分别可知：
；
式中，，其中，/>为线性传感器122上光斑成像中心与所构建辅助点/>的间距。
即在远端两个光斑在水平方向上的距离差的计算表达式为：
；
由于两个光斑在水平方向上的距离差在近端时最小、在远端时最大，且与测量距离呈线性关系，即线性传感器122在水平方向上的补偿值的计算表达式为：
；
真实距离包括测量值/>和补偿值/>，其计算表达式为：
；
图4所示的是两个光斑近端波峰距离示意图；图5所示的两个光斑远端波峰距离示意图；其中，A、A'分别为两个光斑的波峰。
实施例2
基于同一个设计构思，如图6所示，本实施例提供一种传感器标定补偿方法的系统，包括激光雷达1、分光镜组2、测试板3、底座4、调节台5、位移滑台6，激光雷达1、分光镜组2、测试板3水平方向上依次且同轴布置，使激光雷达1发射的光束，经分光镜组2分光处理后在测试板3上形成两个光斑，并在测试板3的反射作用下将两个光斑的光斑信号回传至激光雷达1，通过激光雷达1、分光镜组2、测试板3形成光路测量回路，使得能够通过光路实现对激光雷达1到测试板3距离的测量，方便简洁。
具体来说，激光雷达1，其包括：
发射端，其为激光头11，用于持续发射光束；
接收端，其包括接收镜头121和线性传感器122；接收镜头121接收经测试板3反射的两个光斑；线性传感器122与激光头11垂直向同轴布置，用于接收经测试板3反射、并经接收镜头121汇聚成像的两个光斑信号，进而将对应数据上传至图像处理软件进行处理。
具体来说，分光镜组2，其设置在激光雷达1的发射端的出光光路上；分光镜组2包括：
分光镜21，其与垂直方向呈45°度布置，用于接收激光雷达1发射的光束、并将其分为第一分光光束和第二分光光束，使得第一分光光束直接射出至测试板3；
反射镜22，其为等腰直角三棱柱；反射镜22包括直角面和斜面，直角面朝向激光雷达1布置，斜面与分光镜21同轴布置；反射镜22接收分光镜21折射的第二分光光束、并将其反射至测试板3。
通过设置分光镜21和反射镜22，使得经分光镜21直接射出的第一分光光束、以及经分光镜21折射、再经反射镜22反射射出的第二分光光束平行。
具体来说，测试板3，其位于分光镜组2的出光光路上、且与分光镜组2相向设置，用于接收分光镜21直接射出的第一分光光束以及经分光镜21折射、再经反射镜22反射射出的第二分光光束，并在测试板3上形成两个光斑、且所形成的两个光斑大小不同。
在本实施例中，测试板为3具有80%反射率的白板，使得能够将光斑反射至激光雷达1的接收端。
具体来说，底座4，其侧壁上设置刻度标尺41，用于直观测量激光雷达1与测试板3上光斑的距离。
具体来说，调节台5，其垂直向安装在激光雷达1和底座4之间，用于垂直向调节激光雷达1的高度，使其能够与分光镜21中心同轴布置。
具体来说，位移滑台6，其置于分光镜组2与测试板3底部、且通过滑轨7滑动连接底座4；位移滑台6通过步进电机控制其在滑轨7上水平向运动，通过设置可沿滑轨7水平向移动的位移滑台6，使得同个装置能够满足测试板3与激光雷达1不同距离的检测和标定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种传感器标定补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：调整激光雷达、分光镜组、测试板的相对位置；
S2：构建光束测量回路，并进行测量；
S21：激光雷达的发射端持续发射光束；
S22：分光镜接收激光雷达发射的光束、并将其分为第一分光光束和第二分光光束；第一光束经分光镜直接射出至测试板，第二分光光束经分光镜折射、并经反射镜反射至测试板上，形成两个光斑；
S23：基于测试板所接收的两个光斑，在测试板的反射作用下将光斑信号反射至激光雷达的接收端；
S24：分别在近端和远端测量激光雷达与测试板上两个光斑的直线距离；
S241：在近端测量激光雷达与测试板上两个光斑的直线距离分别为和/>；
S242：在远端测量激光雷达与测试板上两个光斑的直线距离分别为和/>；
S3：数据处理；
S31：获取激光雷达中激光头与接收镜头的垂直间距、接收镜头与线性传感器的水平距离/>、激光头发射光束光轴与垂直基准线的夹角β；
S32：利用图像处理软件获取激光雷达的接收端接收的两个光斑的图像数据，并获取对应的波峰数据，即在近端两个光斑的像素距离分别为和/>、在远端两个光斑的像素距离分别为/>和/>；
S33：获取线性传感器实时的测量值，并结合经处理的光斑信号数据，计算真实距离进行标定；
真实距离包括测量值/>和补偿值/>，其计算表达式为：
；
式中，补偿值的计算表达式为：
；
其中，为在近端两个光斑在水平方向上的距离差，其计算表达式为：；/>为在远端两个光斑在水平方向上的距离差，其计算表达式为：/>。
2.根据权利要求1所述的一种传感器标定补偿方法，其特征在于，所述S1中，调整激光雷达、分光镜组、测试板的相对位置的过程具体包括：
S11：利用调节台垂直向调整激光雷达高度；
S12：调整分光镜组和测试板的距离，其为固定间距；
S13：利用位移滑台和滑轨调整分光镜组、测试板与激光雷达的水平位置。
3.根据权利要求1所述的一种传感器标定补偿方法，其特征在于，所述S22中，第一分光光束与经反射镜反射的第二分光光束平行。
4.根据权利要求1所述的一种传感器标定补偿方法，其特征在于，所述S24中，激光雷达与测试板上两个光斑的直线距离通过设置在底座上的刻度标尺直接获取。
5.一种如权利要求1所述的传感器标定补偿方法的系统，其特征在于，包括激光雷达、分光镜组、测试板，所述激光雷达、所述分光镜组、所述测试板在水平方向上依次且同轴布置，使所述激光雷达发射的光束，经所述分光镜组分光处理后在所述测试板上形成两个光斑，并在所述测试板的反射作用下将两个光斑的光斑信号回传至所述激光雷达。
6.根据权利要求5所述的一种传感器标定补偿方法的系统，其特征在于，所述激光雷达，其包括：
发射端，其为激光头，用于持续发射光束；
接收端，其包括接收镜头和线性传感器；所述接收镜头接收经所述测试板反射的两个光斑；所述线性传感器与所述激光头垂直向同轴布置，用于接收经所述测试板反射、并经接收镜头汇聚成像的两个光斑信号。
7.根据权利要求6所述的一种传感器标定补偿方法的系统，其特征在于，所述分光镜组，其包括：
分光镜，其设置在所述发射端的出光光路上，且与垂直方向呈45°度布置；所述分光镜接收所述激光雷达发射的光束、并将其分为第一分光光束和第二分光光束；
反射镜，其为等腰直角三棱柱；所述反射镜包括直角面和斜面，所述直角面朝向所述激光雷达布置，所述斜面与所述分光镜同轴布置；所述反射镜接收所述分光镜折射的第二分光光束、并将其反射。
8.根据权利要求7所述的一种传感器标定补偿方法的系统，其特征在于，所述测试板，其位于所述分光镜组的出光光路上、且与所述分光镜组相向设置，用于接收所述分光镜直接射出的第一分光光束以及经所述分光镜折射、再经所述反射镜反射射出的第二分光光束。
9.根据权利要求5所述的一种传感器标定补偿方法的系统，其特征在于，所述测试板为具有80%反射率的白板。
10.根据权利要求5所述的一种传感器标定补偿方法的系统，其特征在于，还包括：
底座，其侧壁上设置刻度标尺，用于测量所述激光雷达与所述测试板上光斑的距离；
调节台，其垂直向安装在所述激光雷达和所述底座之间，用于调节所述激光雷达的高度；位移滑台，其置于所述分光镜组与所述测试板底部、且通过滑轨滑动连接所述底座；所述位移滑台通过步进电机控制其在所述滑轨上水平向运动。
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