激光雷达的标定方法和标定系统技术方案

一种激光雷达的标定方法和标定系统，标定方法包括：基于激光雷达的成像系统参数和探测器阵列参数，结合标定用目标物相对于激光雷达的位置信息，获得标定函数；进行至少3次标定接收操作，标定接收操作适宜于获得采样探测器与标定用目标物的位置关系，每次标定接收操作中的采样探测器均为不同的探测器；基于至少3次标定接收操作获得的位置关系，对标定函数进行拟合，以获得激光雷达的内部参数。通过对标定函数的拟合能够直接获得激光雷达的所有内部参数。而且由于内部参数与激光雷达的技术参数之间的关系，通过有限次标定接收操作所收集的数据即可实现拟合以获得所有内部参数，从而能够有效提高标定速度、改善标定效率。改善标定效率。改善标定效率。

【技术实现步骤摘要】
激光雷达的标定方法和标定系统


[0001]本专利技术涉及激光雷达领域，特别涉及一种激光雷达的标定方法和标定系统。

技术介绍

[0002]激光雷达的标定参数包括内部参数和外部参数，其中内部参数是激光雷达的各探测器与光心坐标系的位置关系，其决定了各个探测器(pixel)所获得的数据点所对应的角度信息；外部参数是激光雷达与标定设备之间的坐标系转换关系。其中，外部参数一般是可以通过机械方法测量获得的，但是内部参数无法直接测量获得，需要在激光雷达装配完成之后进行标定。
[0003]而且每个探测器的位置未必是理想的。例如，传统机械雷达的探测器是通过贴片固定于电路板上，其位置未必是理想值，也就是说，激光雷达由于装调误差等原因，总是会存在一定的角度误差。因此在激光雷达装配完成之后，需要对探测器进行逐个测试，获得每个探测器对应的角度信息，从而使其激光雷达最终获得的点云图与真实情况更接近。
[0004]对于传统机械雷达或混合固态雷达来说，垂直方向排列的探测器决定了其垂直视场角和角分辨率，通过旋转(激光雷达收发模块的整体旋转或者设置转镜)进行水平方向的扫描。根据线数要求，这样的激光雷达一般包括64个或128个探测器，对这些探测器进行逐一标定即可完成校准。
[0005]但是这种对探测器进行逐一标定的方法，存在标定速度慢、效率低下；而且无法对具有探测器阵列的激光雷达进行标定。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的问题是如何提高激光雷达标定速度、改善效率；如何对具有探测器阵列的激光雷达进行标定。r/>[0007]为解决上述问题，本专利技术提供一种激光雷达的标定方法，包括：
[0008]基于所述激光雷达的成像系统参数和探测器阵列参数，结合至少一个标定用目标物相对于所述激光雷达的位置信息，获得标定函数；进行至少3次标定接收操作，所述标定接收操作适宜于获得采样探测器与所述标定用目标物的位置关系，每次标定接收操作中的采样探测器均为不同的探测器；基于至少3次标定接收操作获得的位置关系，对所述标定函数进行拟合，以获得所述激光雷达的内部参数。
[0009]可选的，获得标定函数的步骤包括：获得标定过程中所述激光雷达的外部参数；基于所述激光雷达的成像系统参数和所述激光雷达的探测器阵列参数，结合所述激光雷达的外部参数和所述标定用目标物的位置信息，获得所述标定函数。
[0010]可选的，获得标定函数的步骤包括：根据小孔镜头成像原理，获得所述标定函数。
[0011]可选的，所述激光雷达的成像系统包括：广角镜头。
[0012]可选的，所述标定函数为：
[0013][0014]其中，i表示标定接收操作的次数，(Pix,Piy,Piz,)为第i次标定接收操作时光心坐标系下标定用目标物的坐标，m
i
为第i次标定接收操作时采样探测器的行数，n
i
为第i次标定接收操作时采样探测器的列数，(x(mi,ni),y(mi,ni),z(mi,ni))为第i次标定接收操作时光心坐标系下采样探测器的坐标，而且
[0015]可选的，对所述标定函数进行拟合的步骤中，使用Levenberg
‑
Marquardt算法进行求解。
[0016]可选的，采样探测器与所述标定用目标物的位置关系包括：与所述采样探测器相对应的姿态角，所述姿态角为所述采样探测器接收到所述回波信号时，所述激光雷达转过的角度；所述标定接收操作包括：确定采样探测器；旋转所述激光雷达，使所述采样探测器接收到所述标定用目标物反射的回波信号；获得所述姿态角。
[0017]可选的，进行至少3次标定接收操作的步骤中，进行至少6次标定接收操作；对所述标定函数进行拟合的步骤包括：获得所述激光雷达的内部参数和外部参数。
[0018]可选的，所述标定用目标物固定于所述激光雷达接收光学组件光轴的延长线上。
[0019]可选的，所述标定接收操作中，旋转所述激光雷达的步骤包括：使所述激光雷达分别绕第一转轴和第二转轴转动，以使所述激光雷达旋转，其中，所述第一转轴和所述第二转轴以及所述激光雷达的光轴两两正交；所述标定接收操作中，获得所述姿态角的步骤包括：所述姿态角包括：第一姿态角和第二姿态角，所述第一姿态角为所述激光雷达绕所述第一转轴转过的角度，所述第二姿态角为所述激光雷达绕所述第二转轴转过的角度。
[0020]可选的，还包括：获得标定函数之前，获得所述标定用目标物相对于所述激光雷达的位置信息，其中获得所述标定用目标物相对于所述激光雷达的位置信息的步骤包括：以所述第一转轴和所述第二转轴的交点为原点建立世界坐标系，且所述第一转轴平行所述世界坐标系的一个坐标轴，所述第二转轴平行所述世界坐标系另一个坐标轴；获得所述世界坐标系下，所述标定用目标物的坐标和所述激光雷达的坐标以获得所述标定用目标物相对于所述激光雷达的位置信息。
[0021]可选的，所述标定用目标物具有预设尺寸以使仅有1个探测器能够采集到所述回波信号。
[0022]可选的，所述标定用目标物的尺寸小于所述激光雷达的角分辨率。
[0023]可选的，所述标定接收操作中，旋转所述激光雷达，使所述采样探测器接收到所述回波信号的步骤中，旋转所述激光雷达以使所述采样探测器接收到的回波信号最强。
[0024]可选的，所述采样探测器选自所述探测器阵列的顶角探测器、中点探测器以及中心探测器，其中顶角探测器为位于所述探测器阵列顶角位置的探测器，所述中点探测器为位于所述探测器阵列每个边的中点的探测器，所述中心探测器为位于所述探测器阵列对称中心的探测器。
[0025]可选的，进行至少3次标定接收操作的步骤中，进行4～9次所述标定接收操作。
[0026]相应的，本专利技术还提供一种激光雷达的标定系统，包括：
[0027]机械模块，所述机械模块适宜于固定待标定的激光雷达和至少一个标定用目标
物；通过所述机械模块进行至少3次标定接收操作，所述标定接收操作适宜于获得采样探测器与所述标定用目标物的位置关系，每次标定接收操作中的采样探测器均为不同的探测器；拟合模块，所述拟合模块适宜于基于至少3次标定接收操作获得的位置关系，对预设的标定函数进行拟合，以获得所述激光雷达的内部参数，其中所述标定函数是基于所述激光雷达的成像系统参数和所述激光雷达的探测器阵列参数，结合所述标定用目标物相对于所述激光雷达的位置信息而获得。
[0028]可选的，所述标定函数基于所述小孔镜头成像原理获得。
[0029]可选的，所述激光雷达的成像系统包括：广角镜头。
[0030]可选的，所述标定函数为：
[0031][0032]其中，i表示标定接收操作的次数，为第i次标定接收操作时光心坐标系下标定用目标物的坐标，m
i
为第i次标定接收操作时采样探测器的行数，n
i
为第i次标定接收操作时采样探测器的列数，(x(m
i
，n
i
)，y(m
i
，n
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达的标定方法，其特征在于，包括：基于所述激光雷达的成像系统参数和探测器阵列参数，结合至少一个标定用目标物相对于所述激光雷达的位置信息，获得标定函数；进行至少3次标定接收操作，所述标定接收操作适宜于获得采样探测器与所述标定用目标物的位置关系，每次标定接收操作中的采样探测器均为不同的探测器；基于至少3次标定接收操作获得的位置关系，对所述标定函数进行拟合，以获得所述激光雷达的内部参数。2.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，获得标定函数的步骤包括：获得标定过程中所述激光雷达的外部参数；基于所述激光雷达的成像系统参数和所述激光雷达的探测器阵列参数，结合所述激光雷达的外部参数和所述标定用目标物的位置信息，获得所述标定函数。3.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，获得标定函数的步骤包括：根据小孔镜头成像原理，获得所述标定函数。4.如权利要求1或3所述的标定方法，其特征在于，所述标定函数为：其中，i表示标定接收操作的次数，(P
ix
,P
iy
,P
iz
,)为第i次标定接收操作时光心坐标系下标定用目标物的坐标，m
i
为第i次标定接收操作时采样探测器的行数，n
i
为第i次标定接收操作时采样探测器的列数，(x(m
i
,n
i
),y(m
i
,n
i
),z(m
i
,n
i
))为第i次标定接收操作时光心坐标系下采样探测器的坐标，而且5.如权利要求4所述的标定方法，其特征在于，对所述标定函数进行拟合的步骤中，使用Levenberg
‑
Marquardt算法进行求解。6.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，采样探测器与所述标定用目标物的位置关系包括：与所述采样探测器相对应的姿态角，所述姿态角为所述采样探测器接收到所述标定用目标物反射的回波信号时，所述激光雷达转过的角度；所述标定接收操作包括：确定采样探测器；旋转所述激光雷达，使所述采样探测器接收到所述回波信号；获得所述姿态角。7.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，进行至少3次标定接收操作的步骤中，进行至少6次标定接收操作；对所述标定函数进行拟合的步骤包括：获得所述激光雷达的内部参数和外部参数。8.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述标定用目标物固定于所述激光雷达接收光学组件光轴的延长线上。9.如权利要求6所述的标定方法，其特征在于，所述标定接收操作中，旋转所述激光雷达的步骤包括：使所述激光雷达分别绕第一转轴和第二转轴转动，以使所述激光雷达旋转，其中，所述第一转轴和所述第二转轴以及所述激光雷达的光轴两两正交；所述标定接收操作中，获得所述姿态角的步骤包括：所述姿态角包括：第一姿态角和第
二姿态角，所述第一姿态角为所述激光雷达绕所述第一转轴转过的角度，所述第二姿态角为所述激光雷达绕所述第二转轴转过的角度。10.如权利要求9所述的标定方法，其特征在于，还包括：获得标定函数之前，获得所述标定用目标物相对于所述激光雷达的位置信息，其中获得所述标定用目标物相对于所述激光雷达的位置信息的步骤包括：以所述第一转轴和所述第二转轴的交点为原点建立世界坐标系，且所述第一转轴平行所述世界坐标系的一个坐标轴，所述第二转轴平行所述世界坐标系另一个坐标轴；获得所述世界坐标系下，所述标定用目标物的坐标和所述激光雷达的坐标以获得所述标定用目标物相对于所述激光雷达的位置信息。11.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述标定用目标物具有预设尺寸以使仅有1个探测器能够采集到所述标定用目标物反射的回波信号。12.如权利要求1或11所述的标定方法，其特征在于，所述标定用目标物的尺寸小于所述激光雷达的角分辨率。13.如权利要求6所述的标定方法，其特征在于，所述标定接收操作中，旋转所述激光雷达，使所述采样探测器接收到所述回波信号的步骤中，旋转所述激光雷达以使所述采样探测器接收到的回波信号最强。14.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述采样探测器选自所述探测器阵列的顶角探测器、中点探测器以及中心探测器，其中顶角探测器为位于所述探...

【专利技术属性】
技术研发人员：许帅骑，向少卿，
申请(专利权)人：上海禾赛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：