一种多激光雷达测距的快速数值仿真方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种多激光雷达测距的快速数值仿真方法和装置，该方法能够同时仿真多个激光雷达，并使用一张公共的数据表用来存储和读取测距仿真结果；首先多个激光雷达依次在场景中进行采样，将采样结果写入各自的独立数据表中；重采样所有独立数据表，统一映射到公共数据表空间，并编码写入采样点的距离值；最后回读整张公共数据表，解码读取其中的测距结果。该方法使用公共的GPU数据缓存，减少了数据在GPU和CPU之间传输的次数，降低了数据回读延时；重采样映射阶段利用了GPGPU通用计算，显著提高多激光雷达的仿真性能。提高多激光雷达的仿真性能。提高多激光雷达的仿真性能。

【技术实现步骤摘要】
一种多激光雷达测距的快速数值仿真方法和装置


[0001]本专利技术涉及激光雷达仿真领域，尤其涉及一种多激光雷达测距的快速数值仿真方法和装置。

技术介绍

[0002]作为目前无人驾驶技术所依赖的核心零部件，激光雷达一直备受各大厂商和技术人员的关注。激光雷达具有探测距离长、成像精度高等优点，能生成无人车周围环境的高精度点云数据，便于无人驾驶算法后续的感知、规划和决策。因此，激光雷达仿真技术应运而生。传统的激光雷达仿真技术的主要思路是建立模拟真实场景的三维模型，对真实激光雷达进行物理建模，通过射线检测、绘制重采样等方法获取当前环境的距离信息，生成仿真激光雷达点云。由于激光雷达的仿真计算量很大，现有的仿真平台例如Carla、LGSVL、AirSim等只能仿真少数几个激光雷达实例，而现实中的无人车通常需要搭载2
‑
4个激光雷达甚至更多，因此目前的激光雷达仿真方法的效率存在明显不足。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种多激光雷达测距的快速数值仿真方法和装置。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种多激光雷达测距的快速数值仿真方法，包括以下步骤：（1）初始化若干个待仿真的激光雷达，设定其工作方式和参数；（2）在GPU内生成一张公共数据表，并为每个激光雷达生成相对应的独立数据表；（3）每个激光雷达开始单个扫描周期的扫描，依次仿真所有激光雷达，采样扫描角度范围内的仿真场景中物体，将其坐标信息存储到对应的独立数据表中；（4）完成单个扫描周期后，重采样所有独立数据表，将独立数据表中存储的坐标信息转化为测距结果，并将测距结果编码后写入公共数据表中；（5）CPU回读公共数据表，解码公共数据表中存储的测距结果，得到单个扫描周期的仿真测距结果。
[0005]进一步地，所述步骤（1）具体为：初始化N个待仿真的激光雷达，依次为Lidar0, Lidar1,
ꢀ…
，Lidar
i
,
ꢀ…
, Lidar
N
‑1，其中，所述激光雷达为机械旋转式激光雷达，N个待仿真的激光雷达固定在仿真被测车上；设定待仿真的激光雷达的工作方式和参数如下：每个激光雷达Lidar
i
具有L
i
个激光发射器，每个激光发射器以相同的频率f同步发射激光射线，每个激光发射器发出1条激光射线，其起点均为激光雷达Lidar
i
的同一点，称该点为基准点；所有激光发射器围绕着过所述基准点的一根直线进行定轴旋转，称该直线为转轴，垂直于所述转轴的平面为基准面；同一时刻激光雷达Lidar
i
发射的L
i
条激光射线位于垂直于所述基准面的平面内，任选所述转轴一侧方向为转轴方向，这L
i
条激光射线与所述转轴方向形成的夹角依次为Q(i, 0)，Q(i, 1)，...，Q(i, L
i
‑
1)，对任意两个整数
m和n，满足Q(i, m)<Q(i, n)，其中0<=m<n<L
i
；激光雷达Lidar
i
每个扫描周期开始时刻射出的激光射线在基准面上的垂直投影都重合于由所述基准点发出的一条射线，该射线称为基准线；激光雷达Lidar
i
单个扫描周期的水平扫描角度范围为[F
imin
, F
imax
]，水平角度分辨率为R
i
，水平采样数量H
i
=(F
imax
‑ꢀ
F
imin
)/R
i
；将激光雷达Lidar
i
的水平扫描角度范围[F
imin
, F
imax
]均匀切割成K个扫描角度区间[F
i0
, F
i1
]，[F
i1
, F
i2
]，...，[F
iK
‑1, F
iK
]，满足切割后扫描角度区间小于180度，其中F
i0
= F
imin
，F
iK
=F
imax
；激光雷达Lidar
i
的基准点、基准线、基准面和转轴位置与姿态均定义在固定于激光雷达Lidar
i
的物理坐标系中，其中激光雷达Lidar
i
的基准点为激光雷达Lidar
i
物理坐标系的原点。
[0006]进一步地，所述步骤（2）包括以下子步骤：（2.1）在GPU内生成一张具有MA列NA行的公共数据表A，并将每个元素初始化为非有效值，所述公共数据表A的列向坐标范围为以及行向坐标范围，其中MA= max(H0, H1,
ꢀ…
, H3)，NA=sum(L0, L1,
ꢀ…
, L3)，max函数返回一组数据的最大值，sum函数返回一组数据的和；（2.2）在GPU内，对于每个激光雷达Lidar
i
生成K张具有MB
i
列NB
i
行的独立数据表B
ij
，其中独立数据表B
ij
表示激光雷达Lidar
i
的第j张独立数据表，，MB
i
>= H
i
/K，NB
i
>= L
i
，并将独立数据表B
ij
的每个元素初始化为非有效值。
[0007]进一步地，所述步骤（3）包括以下子步骤：（3.1）更新仿真被测车的位置和姿态，更新仿真被测车上固定的所有待仿真的激光雷达的位置和姿态，同时更新场景中所有可反射激光的物体的位置和姿态；（3.2）完成更新后，开始单个扫描周期的扫描：对于K个扫描角度区间，依次仿真所有激光雷达，采样扫描角度区间内的仿真场景中物体，将激光雷达Lidar
i
的第j个扫描角度区间扫描到得到的采样点相对于激光雷达Lidar
i
物理坐标系的三维坐标作为坐标信息存储到对应的独立数据表B
ij
中。
[0008]进一步地，所述步骤（4）包括以下子步骤：（4.1）完成单个扫描周期后，依次从每一个独立数据表B
ij
取一个元素，并获取该元素存储的三维坐标p，将三维坐标p映射为公共数据表A的二维坐标q（q
x
，q
y
），映射过程为：Dir=normalize(p)；yaw = degrees(PI * 0.5
ꢀ‑ꢀ
acos(dot(dir, vec3(0, 1, 0)))) + (F
ij
‑
1 + F
ij
) * 0.5；pi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多激光雷达测距的快速数值仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）初始化若干个待仿真的激光雷达，设定其工作方式和参数；（2）在GPU内生成一张公共数据表，并为每个激光雷达生成相对应的独立数据表；（3）每个激光雷达开始单个扫描周期的扫描，依次仿真所有激光雷达，采样扫描角度范围内的仿真场景中物体，将其坐标信息存储到对应的独立数据表中；（4）完成单个扫描周期后，重采样所有独立数据表，将独立数据表中存储的坐标信息转化为测距结果，并将测距结果编码后写入公共数据表中；（5）CPU回读公共数据表，解码公共数据表中存储的测距结果，得到单个扫描周期的仿真测距结果。2.根据权利要求1所述的一种多激光雷达测距的快速数值仿真方法，其特征在于，所述步骤（1）具体为：初始化N个待仿真的激光雷达，依次为Lidar0, Lidar1,
ꢀ…
，Lidar
i
,
ꢀ…
, Lidar
N
‑1，其中，所述激光雷达为机械旋转式激光雷达，N个待仿真的激光雷达固定在仿真被测车上；设定待仿真的激光雷达的工作方式和参数如下：每个激光雷达Lidar
i
具有L
i
个激光发射器，每个激光发射器以相同的频率f同步发射激光射线，每个激光发射器发出1条激光射线，其起点均为激光雷达Lidar
i
的同一点，称该点为基准点；所有激光发射器围绕着过所述基准点的一根直线进行定轴旋转，称该直线为转轴，垂直于所述转轴的平面为基准面；同一时刻激光雷达Lidar
i
发射的L
i
条激光射线位于垂直于所述基准面的平面内，任选所述转轴一侧方向为转轴方向，这L
i
条激光射线与所述转轴方向形成的夹角依次为Q(i, 0)，Q(i, 1)，...，Q(i, L
i
‑
1)，对任意两个整数m和n，满足Q(i, m)<Q(i, n)，其中0<=m<n<L
i
；激光雷达Lidar
i
每个扫描周期开始时刻射出的激光射线在基准面上的垂直投影都重合于由所述基准点发出的一条射线，该射线称为基准线；激光雷达Lidar
i
单个扫描周期的水平扫描角度范围为[F
imin
, F
imax
]，水平角度分辨率为R
i
，水平采样数量H
i
=(F
imax
‑ꢀ
F
imin
)/R
i
；将激光雷达Lidar
i
的水平扫描角度范围[F
imin
, F
imax
]均匀切割成K个扫描角度区间[F
i0
, F
i1
]，[F
i1
, F
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]，...，[F
iK
‑1, F
iK
]，满足切割后扫描角度区间小于180度，其中F
i0
= F
imin
，F
iK
=F
imax
；激光雷达Lidar
i
的基准点、基准线、基准面和转轴位置与姿态均定义在固定于激光雷达Lidar
i
的物理坐标系中，其中激光雷达Lidar
i
的基准点为激光雷达Lidar
i
物理坐标系的原点。3.根据权利要求2所述的一种多激光雷达测距的快速数值仿真方法，其特征在于，所述步骤（2）包括以下子步骤：（2.1）在GPU内生成一张具有MA列NA行的公共数据表A，并将每个元素初始化为非有效值，所述公共数据表A的列向坐标范围为以及行向坐标范围，其中MA= max(H0, H1,
ꢀ…
, H3)，NA=sum(L0, L1,
ꢀ…
, L3)，max函数返回一组数据的最大值，sum函数返回一组数据的和；（2.2）在GPU内，对于每个激光雷达Lidar
i
生成K张具有MB
i
列NB
i
行的独立数据表B
ij
，其中独立数据表B
ij
表示激光雷达Lidar
i
的第j张独立数据表...

【专利技术属性】
技术研发人员：高健健，华炜，李融，谢天，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：