一种激光雷达参数自动标定的方法、装置及激光雷达制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光雷达参数自动标定的方法、装置及激光雷达。该方法包括：步骤10，在标定场中设置第一标志物，该第一标志物具有第一标志点，利用激光雷达对该标定场进行激光扫描，获取扫描数据：步骤20，对该第一标志物的所在位置处的扫描数据进行拟合，获取该第一标志点的拟合空间坐标；步骤30，利用该拟合空间坐标以及该第一标志点的测量空间坐标之间的误差，进行激光雷达参数的解算，利用解算出的激光雷达参数进行自动标定。本发明专利技术实现了对激光雷达的全自动和高精度标定，对激光点的密度要求更低，对标志物扫描的完整性要求低，还可对标定后的激光雷达测量精度进行自动精度检验和评估。

Method, device and laser radar for automatic calibration of lidar parameters

The invention discloses an automatic calibration method for laser radar parameters, a device and a laser radar. The method includes: Step 10, the first marker set in the calibration field, the first marker has a first point on the field calibration of the laser scanning by laser radar scanning, acquiring data: step 20, scanning data location on the first marker in fitting, get fit space coordinates of the the first sign; step 30, the spatial coordinates and the fitting error between the measurement space coordinates of the first sign using the laser radar parameters calculation, automatic calibration using laser radar parameters calculated. The invention realizes the laser radar automatic calibration and high precision, lower requirements for the laser point density, low requirement on the integrity of marker scanning, can also carry out automatic precision inspection and evaluation of laser radar measurement precision after calibration.

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达参数自动标定的方法、装置及激光雷达
本专利技术涉及激光雷达
，尤其涉及一种激光雷达参数自动标定的方法、装置及激光雷达。
技术介绍
三维激光测量技术是一种高精度的空间信息获取手段，而为了实现激光雷达的高精度测量，须预先进行激光雷达参数的精确标定，以提高激光雷达测量精度，保证激光雷达在工作场景中输出数据的可靠性。传统的激光雷达标定方法，通常在标定场中均匀布设若干三棱/四棱锥或反射片，在激光雷达完成对标定场的扫描后，由人工从扫描数据中提取锥面的激光点云，基于这些激光点云拟合锥顶的空间坐标后进一步解算激光雷达参数。然而，人工提取锥面的激光点云会很大程度降低激光雷达的标定效率，延长标定作业周期，同时，人工操作也无法保证点云提取的精确度，难免有遗漏或错误。另外，由于三棱/四棱锥的锥面之间具有清晰的分界线，故而具有明确的方向性。如果扫描未能获取三个或三个以上锥面的点云时，由于部分锥面的信息缺失，故而无法拟合出锥顶的空间坐标，可见，三棱/四棱锥在标定过程中基于其形状对扫描完整度有更高的要求，纠错能力低。且如果位于锥面上激光点不足，也会降低锥顶空间坐标的拟合精度，因此对激光点云的密度有更高的要求。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于：实现对激光雷达的自动标定。更进一步的，提高激光雷达标定的精确度。更进一步的，降低对标志物扫描的完整度以及密度要求。更进一步的，实现针对标定的自动精度检验和评估。本专利技术公开了一种激光雷达参数自动标定的方法，该方法包括：步骤10，在标定场中设置第一标志物，该第一标志物具有第一标志点，利用激光雷达对该标定场进行激光扫描，获取扫描数据：步骤20，对该第一标志物的所在位置处的扫描数据进行拟合，获取该第一标志点的拟合空间坐标；步骤30，利用该拟合空间坐标以及该第一标志点的测量空间坐标之间的误差，进行激光雷达参数的解算，利用解算出的激光雷达参数进行自动标定。标定场中还设置有第二标志物，该第二标志物具有第二标志点，步骤30之后还包括：步骤40，将解算出的该激光雷达参数对该扫描数据进行更新，获得更新扫描数据，对该第二标志物的所在位置处的更新扫描数据进行拟合，获取该第二标志点的拟合空间坐标，根据该第二标志点的拟合空间坐标与该第二标志点的测量空间坐标之间的误差，获得对该激光雷达参数的自动标定的精度检验结果。第一标志物为圆锥体，该第一标志点为圆锥顶点。该步骤20进一步包括：步骤21，在该第一标志物的所在位置处随机提取N个点的扫描数据；步骤22，根据公式进行最小二乘法解算，计算该第一标志物的模型参数，得到第一标志物模型，n＝1，2，3……N，N大于等于初始化模型参数所需的最小样本数，(x0、y0、z0)为该第一标志物模型中的第一标志点的三维坐标，(xn、yn、zn)为该N个点中之一的三维坐标，α为圆锥顶角的一半，(i,j,k)为圆锥方向单位法向量,Ln为第一标志物模型，F为第一标志物模型函数；步骤23，将该N个点中与该第一标志物模型的距离位于预定的第一阈值范围内的点作为内点；在该第一标志物的所在位置处再次随机提取点集，迭代执行步骤22-23，直到内点的数量大于第一门槛值d时，利用所有的内点再次执行步骤22，得到更新后的第一标志物模型；步骤24，利用该更新后的第一标志物模型的圆锥顶点作为该第一标志点的拟合空间坐标。所述的方法在得到该更新后的第一标志物模型的步骤之后，还包括：分别计算从该第一标志物的所在位置处随机提取的多个点各自相对该更新后的第一标志物模型表面的距离，若小于一距离阈值的数量大于等于一数量阈值，执行步骤24，否则放弃该第一标志物。该步骤30针对多个第一标志物所得到多组该误差，利用如下激光雷达参数解算模型进行激光雷达参数d0、H、V、k1、k2、k3的解算：ΔX＝Gx(d0,H,V,k1,k2,k3)ΔY＝Gy(d0,H,V,k1,k2,k3)ΔZ＝Gz(d0,H,V,k1,k2,k3)其中，ΔX为该拟合空间坐标的X轴数据与该测量空间坐标的X轴数据的差，ΔY为该拟合空间坐标的Y轴数据与该测量空间坐标的Y轴数据的差，ΔZ为该拟合空间坐标的Z轴数据与该测量空间坐标的Z轴数据的差，d0为测距误差，H为激光入射光线水平偏转，V为激光入射光线竖直偏转，k1,k2,k3为测角改正参数，Gx为X轴的激光雷达参数解算函数，Gy为Y轴的激光雷达参数解算函数，Gz为Z轴的激光雷达参数解算函数。该第二标志物为球体，该第二标志点为球心，该步骤40进一步包括：步骤41，利用解算出的该激光雷达参数对该扫描数据进行更新，获得更新扫描数据；步骤42，在该第二标志物的所在位置处随机提取N个点的更新扫描数据；步骤43，根据公式(X-a)2+(Y-b)2+(Z-c)2＝R2，进行最小二乘法解算，计算该第二标志物的模型参数a、b、c、R，得到第二标志物模型，(a，b，c)为该第二标志物模型中的第二标志点的三维坐标，(X，Y，Z)为该N个点中之一的三维坐标，R为球面半径；步骤44，将该N个点中与该第二标志物模型表面的距离位于预定的第二阈值范围内的点作为内点；在该第二标志物的所在位置处再次随机提取点集，迭代执行步骤43-44，直到内点的数量大于第二门槛值时，利用所有的内点再次执行步骤43，得到更新后的第二标志物模型；步骤45，利用该更新后的第二标志物模型的球心作为该第二标志点的拟合空间坐标；步骤46，根据该第二标志点的拟合空间坐标与该第二标志点的测量空间坐标之间的误差，获得对该激光雷达参数的自动标定的精度检验结果。本专利技术还公开了一种激光雷达，包括存储单元、处理单元以及存储在该存储单元中供该处理单元运行的程序，所述处理单元运行所述程序时，实现前述方法。本专利技术还公开了一种激光雷达参数自动标定的装置，该装置包括：扫描单元，在标定场中设置第一标志物，该第一标志物具有第一标志点，利用激光雷达对该标定场进行激光扫描，获取扫描数据：拟合单元，用于对该第一标志物的所在位置处的扫描数据进行拟合，获取该第一标志点的拟合空间坐标；解算单元，用于利用该拟合空间坐标以及该第一标志点的测量空间坐标之间的误差，进行激光雷达参数的解算，利用解算出的激光雷达参数进行自动标定。所述装置还包括：精度检验单元，用于将解算出的该激光雷达参数对该扫描数据进行更新，获得更新扫描数据，对该第二标志物的所在位置处的更新扫描数据进行拟合，获取该第二标志点的拟合空间坐标，根据该第二标志点的拟合空间坐标与该第二标志点的测量空间坐标之间的误差，获得对该激光雷达参数的自动标定的精度检验结果。本专利技术实现的技术效果在于，采用了圆锥体作为第一标志物，实现对激光雷达的自动标定，由于圆锥体具有弧面设计，故而没有明显的方向性要求，锥面上的激光点云可以全部贡献于对锥顶的拟合解算，同时，对激光点的密度要求更低，完整性要求低，可精确自动获取锥顶的空间坐标，无需人工参与，实现激光雷达设备的全自动和高精度标定。另外，本专利技术可在激光雷达参数进行自动标定后，利用第二标志物，对标定进行精度检验，如果用户对于精度不满意，还可重新执行该自动标定的方法，直到激光雷达达到用户满意的精度等级，使得用户对于激光雷达的状况更加了解，还可满足用户对不同精度的需求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光雷达参数自动标定的方法，其特征在于，该方法包括：步骤10，在标定场中设置第一标志物，该第一标志物具有第一标志点，利用激光雷达对该标定场进行激光扫描，获取扫描数据；步骤20，对该第一标志物的所在位置处的扫描数据进行拟合，获取该第一标志点的拟合空间坐标；步骤30，利用该拟合空间坐标以及该第一标志点的测量空间坐标之间的误差，进行激光雷达参数的解算，利用解算出的激光雷达参数进行自动标定。

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达参数自动标定的方法，其特征在于，该方法包括：步骤10，在标定场中设置第一标志物，该第一标志物具有第一标志点，利用激光雷达对该标定场进行激光扫描，获取扫描数据；步骤20，对该第一标志物的所在位置处的扫描数据进行拟合，获取该第一标志点的拟合空间坐标；步骤30，利用该拟合空间坐标以及该第一标志点的测量空间坐标之间的误差，进行激光雷达参数的解算，利用解算出的激光雷达参数进行自动标定。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，标定场中还设置有第二标志物，该第二标志物具有第二标志点，步骤30之后还包括：步骤40，将解算出的该激光雷达参数对该扫描数据进行更新，获得更新扫描数据，对该第二标志物的所在位置处的更新扫描数据进行拟合，获取该第二标志点的拟合空间坐标，根据该第二标志点的拟合空间坐标与该第二标志点的测量空间坐标之间的误差，获得对该激光雷达参数的自动标定的精度检验结果。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一标志物为圆锥体，该第一标志点为圆锥顶点。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该步骤20进一步包括：步骤21，在该第一标志物的所在位置处随机提取N个点的扫描数据；步骤22，根据公式进行最小二乘法解算，计算该第一标志物的模型参数，得到第一标志物模型，n＝1，2，3……N，N大于等于初始化模型参数所需的最小样本数，(x0、y0、z0)为该第一标志物模型中的第一标志点的三维坐标，(xn、yn、zn)为该N个点中之一的三维坐标，α为圆锥顶角的一半，(i,j,k)为圆锥方向单位法向量,Ln为第一标志物模型，F为第一标志物模型函数；步骤23，将该N个点中与该第一标志物模型表面的距离位于预定的第一阈值范围内的点作为内点；在该第一标志物的所在位置处再次随机提取多个点，迭代执行步骤22-23，直到内点的数量大于第一门槛值d时，利用所有的内点再次执行步骤22，得到更新后的第一标志物模型；步骤24，利用该更新后的第一标志物模型的圆锥顶点作为该第一标志点的拟合空间坐标。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在得到该更新后的第一标志物模型的步骤之后，还包括：分别计算从该第一标志物的所在位置处随机提取的多个点各自相对该更新后的第一标志物模型表面的距离，若小于一距离阈值的数量大于等于一数量阈值，执行步骤24，否则放弃该第一标志物。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该步骤30针对多个第一标志物所得到多组该误差，利用如下激光雷达参数解算模型进行激光雷达参数d0、H、V、k1、k2、k3的解算：ΔX＝Gx(d0,H,V,k...

【专利技术属性】
技术研发人员：张智武，
申请(专利权)人：北京北科天绘科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11