一种基于模式切换的建图方法及激光雷达设备技术

本发明专利技术公开了一种基于模式切换的建图方法及激光雷达设备，该方法包括：将激光雷达的纵向扫描构成旋转测绘模式；将激光雷达的横向扫描构成同时定位与建图模式；通过旋转测绘模式进行全景覆盖扫描，得到初始点云地图后切换到同时定位与建图模式；在同时定位与建图模式下，通过运动覆盖多角度场景信息，得到实时点云数据，针对实时点云数据进行位姿估计是否退化的特征评价，如果评价结果表明退化，则切换回旋转测绘模式；将两种模式下获取的点云数据进行拼接，完成环境建图。本发明专利技术具有两种模式的优点，能够提升环境测绘精度，增强环境测绘的场景覆盖能力。的场景覆盖能力。的场景覆盖能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模式切换的建图方法及激光雷达设备


[0001]本专利技术涉及激光雷达建图领域，尤其涉及一种基于模式切换的建图方法及激光雷达设备。

技术介绍

[0002]传统旋转激光雷达式测绘方法仅能固定工作地点，重建四周环境的点云地图，因而无法构建的大面积室内点云地图，这极大地制约了该方法的适用范围。直接将多帧旋转激光雷达式建图方法的重建结果进行点云配准会受到该类方法采集速度慢、里程计漂移、视野遮挡等问题的影响，导致拼接的精度低下。传统基于激光雷达的同时定位与建图算法能够快速、低里程计漂移地构建室内场景点云地图，但是由于激光雷达水平放置，对于环境中距离激光雷达较远的区域，如天花板、地面等，只能获取稀疏的点云，难以高分辨率地完成对环境的点云地图建模。因此为克服传统旋转激光雷达测绘方法的运动受限和传统基于激光雷达的同时定位与建图算法分辨率受限的缺点，本专利技术提出了依靠机械结构完成功能切换的激光雷达设备，以及基于旋转测绘模式和同时定位与建图模式切换的点云建图方法。

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，提供一种基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模式切换的建图方法，其特征在于，该方法包括：将激光雷达的纵向扫描构成旋转测绘模式；将激光雷达的横向扫描构成同时定位与建图模式；通过旋转测绘模式进行全景覆盖扫描，得到初始点云地图后切换到同时定位与建图模式；在同时定位与建图模式下，通过运动覆盖多角度场景信息，得到实时点云数据，针对实时点云数据进行位姿估计是否退化的特征评价，如果评价结果表明退化，则切换回旋转测绘模式；将两种模式下获取的点云数据进行拼接，完成环境建图。2.根据权利要求1所述的基于模式切换的建图方法，其特征在于，所述旋转测绘模式由电机联合机械结构带动激光雷达纵向旋转实现，在固定地点进行至少一轮旋转扫描。3.根据权利要求1所述的基于模式切换的建图方法，其特征在于，所述旋转测绘模式下，将扫描过程中采集到的点云数据利用电机编码器反馈的旋转角度值信息进行点云拼接，形成当前场景的稠密点云地图，具体为：对一轮旋转测绘所得到的N帧点云，利用电机编码器获取对应的旋转角度值θ
i
,i＝0,...,N；对编号为1～N的点云序列，利用其与编号为0的点云之间的旋转角度的差值所对应的旋转矩阵将点云投影至第0帧扫描时激光雷达坐标系下，完成点云拼接。4.根据权利要求1所述的基于模式切换的建图方法，其特征在于，所述旋转测绘模式下，将扫描过程中采集到的点云数据利用点云配准算法进行点云拼接，形成当前场景的稠密点云地图，具体为：对一轮旋转测绘所得到的N帧点云，利用点云配准算法完成帧间变换矩阵估计，并利用回环检测算法及位姿图优化算法缓解点云配准算法的漂移问题，利用优化后的帧间变换矩阵结果完成帧间点云融合，保证点云融合结果准确性。5.根据权利要求1所述的基于模式切换的建图方法，其特征在于，所述同时定位与建图模式下，由至少一个激光雷达在环境中不断运动扫描得到点云数据，扫描过程覆盖所述旋转测绘模式下缺失的多角度场景信息，同时估计自身位姿及构建环境的点云地图。6.根据权利要求5所述的基于模式切换的建图方法，其特征在于，所述同时定位与建图模式下，估计自身位姿过程中，通过对各帧点云数据进行点云配准，实现激光雷达帧间位姿估计；构建环境的点云地图过程中，利用自身位姿估计结果，将各帧点云施加旋转平移变换，完成点云拼接。7.根据权利要求1所述的基于模式切换的建图方法，其特征在于，所述针对实时点云数据进行位姿估计是否退化的特征评价，具体为：将实时点云数据与已有的点云地图进行配准，配准的优化过程使用高斯牛顿算法，其中待优化变量乘以雅可比矩阵得到残差矩阵；通过判断雅可比矩阵每一项大小，从而判断残差项对待优化位姿每个维度的影响程度；若雅可比矩阵中存在小于设定阈值的项，则该项所对应的位姿维度发...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，万泽宇，陆俊元，
申请(专利权)人：杭州羽亿创智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：