一种分散分布的多激光雷达标定方法技术

本发明专利技术公开了一种分散分布的多激光雷达标定方法，包括以下步骤：S1、首先选用三面立方体作为标志物，并安装至少两个异面安装激光雷达，并将标志物放置于安装的激光雷达的重叠视野范围内；S2、使用安装的激光雷达均能扫描标志物，以获取点云数据；S3、再分别对相应的激光雷达扫描到的三面体标志物的点云依次进行框选目标区域、滤除散乱点和平面拟合处理；得到标志物点云数据中三个面的平面方程以及法向量。本发明专利技术构思合理、操作流程简单，能自动化、标准化的对多个激光雷达进行高效标定，有效提高了多激光雷达标定的标定准确度，有效解决了多个激光雷达进行外参标定过程中雷达安装分散，雷达之间重叠视野小，标定精度不高等问题。标定精度不高等问题。标定精度不高等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种分散分布的多激光雷达标定方法


[0001]本专利技术涉及激光雷达标定
，尤其涉及一种分散分布的多激光雷达标定方法。

技术介绍

[0002]激光雷达是一种以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。通过激光雷达所获取的数据为点云数据。其中，获取点云数据的方式可以包括：星载、机载或者地面。
[0003]使用激光雷达获取的点云数据对目标进行识别定位是目前常用的定位方式之一。激光雷达根据多线(16线，32线或者64线)激光光束旋转一周采集到的数据，对目标区域进行准确的三维建模，以便明确某个三维物体在激光雷达坐标系中的准确位置，大小及姿态。为了实现在大型机械上的应用或者弥补垂直方向点云的稀疏，通常采用多个激光雷达配合使用。而在此过程中，需要对分散分布的多个激光雷达进行外参标定。
[0004]目前的标定方式多数采用ICP或NDT等点云配准算法对多雷达的原始点云进行配准得到雷达之间的标定结果，但此类方法的准确性与成功率无法保证，同时此类方法要求雷达基本处于同一水平面上且有较大重叠视野，对于异面安装和小重叠视野的情况没有较好效果，为此，我们提出了一种分散分布的多激光雷达标定方法来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种分散分布的多激光雷达标定方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种分散分布的多激光雷达标定方法，包括以下步骤：
[0008]S1、首先选用三面立方体作为标志物，并安装至少两个异面安装激光雷达，并将标志物放置于安装的激光雷达的重叠视野范围内；
[0009]S2、使用安装的激光雷达均能扫描标志物，以获取点云数据；
[0010]S3、再分别对相应的激光雷达扫描到的三面体标志物的点云依次进行框选目标区域、滤除散乱点和平面拟合处理；得到标志物点云数据中三个面的平面方程以及法向量；
[0011]S4、可以由三个面的平面方程计算出三个平面的空间交点，此交点为空间中确定一点；
[0012]S5、输入为安装的激光雷达扫描同一标志物，得到在不同雷达坐标系下的法线与平面交点，可以解算出至少两个激光雷达的变换矩阵，包括旋转矩阵以及平移向量，即为至少两个激光雷达的标定结果。
[0013]与现有技术先比，本申请通过采用至少两个激光雷达来作为扫描设备，以此便于从不同方位对标志物进行扫描作业，并且将扫描获取的点云数据进行处理，提升数据值质量，同时便于标定系统将自动化的快速、准确的对激光雷达进行标定，有助于能快速进行计
算且能提升计算结果的准确性和稳定性。
[0014]优选地，所述S1中使用了三个面组成的半立方体作为标志物，标定过程中使标志物内部对向激光雷达，此标志物解决了激光雷达垂直方向上点云稀疏，且安装的激光雷达重叠视野小的问题，扫描标志物得到的点云可以计算出空间中确定的一组法向量以及确定的一个坐标点。
[0015]进一步的，通过选用三个面组成的半立方体作为标志物来提升激光雷达垂直方向上的点云数据，以便提升多个激光雷达之间重叠视野，便于为提升标定精度。
[0016]优选地，所述S2中标志物的尺寸需要占据雷重叠视野的50％
‑
80％，标志物摆放位置需保证安装的激光雷达的视野将标志物完整包含，同时使一个标志物平面上的点云数量不少于500。
[0017]进一步的，通过提升并保证标志物占据雷达重叠视野的比例以及限定点云数量来为后续计算提供充足数据支持，进一步的提升最终标定的精准度。
[0018]优选地，所述S3中需要将使用安装的激光雷达点云数据计算出的平面以及法向量对应起来，采用以下方法：
[0019]首先：对平面进行编号然后根据平面包含的所有点计算每个平面的质心，根据三个质心在雷达坐标系中的位置关系，确定平面的编号；
[0020]然后：根据排序结果，可以得到安装的激光雷达计算出的对应的三组法向量。
[0021]进一步的，通过采用相应的方法计算标志物三面质心的法向量。
[0022]优选地，所述S3中需要将每组法向量的指向统一，使所有法向量都指向标志物内部，采用以下方法：
[0023]首先：计算标志物整体点云的质心C指向平面内一点P的向量V；
[0024]然后：根据平面法向量与V的夹角判断法向量的指向。
[0025]进一步的：通过相应的计算方法便于将法向量的指向统一。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0027]1、本专利技术激光雷达标定方法构思合理、操作流程简单，能自动化、标准化的对多个激光雷达进行高效标定，有效提高了激光雷达标定的标定准确度，有效解决了多个激光雷达进行外参标定过程中雷达安装分散，雷达之间重叠视野小，标定精度不高等问题。
[0028]2、本专利技术提出了使用三面立方体标志物作为多激光雷达标定的辅助工具，使用扫描标志物得到的点云数据计算出法向量和三个面的交点信息，作为计算雷达之间变换矩阵的输入，将标志物摆放在多个雷达的重叠视野内，标定系统将自动化的快速、准确的对激光雷达进行标定，可极大提高标定效率。
[0029]3、激光雷达只能扫描到物体的表面，且能十分精确的输出物体表面点在空间中的位置，但其输出的点云稀疏无法获得完整的形状信息，平面的法向量具有确定的方向，同时三个平面具有唯一确定的交点，通过激光雷达能十分准确的获取计算得到标志物在空间中的位姿。标志物表面有无数的点，但其面的交点只有一个，即便激光雷达每次都返回同一个物体表面上的不同点也可以利用此性质准确计算得到唯一的交点坐标；因此，选定三面立方体作为标志物物既保证了计算结果的准确性，也保证了计算结果的稳定性。
[0030]综上所述，本专利技术方法构思合理、操作流程简单，能自动化、标准化的对多个激光雷达之间进行高效、精确的标定。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的流程简图；
[0032]图2为本专利技术的标志物形状示意图；
[0033]图3为本专利技术的点云处理及法向量与交点计算示意图。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0035]本实例提供的一种激光雷达标定方法，如图1所示，本实施例对安装在不同平面上小重叠视野的两个激光雷达进行标定，具体包括以下步骤：
[0036](1)将三面体标志物放置在安装的激光雷达重叠视野处，标志物形状如图2所示，其中三面立方体的尺寸需要占据雷重叠视野的50％
‑
80％。标志物摆放位置需保证安装的激光雷达的视野将标志物完整包含，同时使一个标志物平面上的点云数量不少于500。
[0037](2)开启激光雷达，进行时间同步，获取安装的激光雷达的同时刻帧点云数据，并进行存储。
[0038](3)对上述步骤(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分散分布的多激光雷达标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、首先选用三面立方体作为标志物，并安装至少两个异面安装激光雷达，并将标志物放置于安装的激光雷达的重叠视野范围内；S2、使用安装的激光雷达均能扫描标志物，以获取点云数据；S3、再分别对相应的激光雷达扫描到的三面体标志物的点云依次进行框选目标区域、滤除散乱点和平面拟合处理；得到标志物点云数据中三个面的平面方程以及法向量；S4、可以由三个面的平面方程计算出三个平面的空间交点，此交点为空间中确定一点；S5、输入为安装的激光雷达扫描同一标志物，得到在不同雷达坐标系下的法线与平面交点，可以解算出至少两个激光雷达的变换矩阵，包括旋转矩阵以及平移向量，即为至少两个激光雷达的标定结果。2.根据权利要求1所述的一种分散分布的多激光雷达标定方法，其特征在于：所述S1中使用了三个面组成的半立方体作为标志物，标定过程中使标志物内部对向激光雷达，此标志物解决了激光雷达垂直方向上点云稀疏，且安装的激光雷达重叠视野小的问题，扫描标志物得到的点云可以计算出空间中确...

【专利技术属性】
技术研发人员：张治国，李学艺，梁慧斌，王海霞，刘福进，杨通，卢晓，张华宇，袁万斐，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：