[發明專利]一種二維掃描型激光雷達的掃描數據修正方法及系統

有效

• 申請號: 201610080028.X
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN105572679B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 趙敏;孫棣華;劉衛寧;鄭林江;杜道軼
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01S17/06
• 分類號: G01S17/06
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司11228
• 代理人: 武君

技術領域

本發明涉及傳感器檢測領域，特別是一種二維掃描型激光雷達的掃描數據修正方法及系統。

背景技術

二維掃描型激光雷達可準確實時的提供一定范圍內(一般為0°～180°)位于單個掃描平面內的距離信息，近年來，二維掃描型激光雷達由于具有體積小、價格合理、精度高等優勢而被廣泛用于機器人領域，配合其他傳感器進行環境檢測，并完成任務。

通過集成在激光雷達激光發射器上的可旋轉鏡片，激光雷達可在正前方測量區域中建立一個二維的扇形測量面(一般是0°～180°)，激光雷達發出的激光束接觸到扇形測量面內的目標表面后反射回來，即可以建立被掃描目標表面的二維輪廓圖。

從上述掃描型激光雷達的原理可以看出，當激光雷達和環境處于相對靜止的時，測量值精度較高。但是當激光雷達或環境處于相對運動狀態時，由于激光雷達的激光發射線是依靠負載電機的轉動從而覆蓋出扇形的掃描區域，那么，在測量范圍的上限(如0°)和下限(如180°)是在兩個不同時刻的測量值，因此，一個掃描周期下的環境數據并不是同一時刻的數據。假設激光雷達掃描角度是150°，角度分辨率是30°，掃描周期為100ms，速度為1單位/100ms，如圖1所示，圖1為激光雷達運動狀態下誤差來源示意圖；當第一線激光束發出時，激光雷達處于1#位置，當激光雷達到達6#位置時，一個掃描周期結束。此時，激光雷達記錄的數據分別是：{1，2，3，4，5，⑥}，而從圖中顯然可以看到，當激光雷達處于6#位置的時候，其距離數據應該為：{①，②，③，④，⑤，⑥}，因此，測量數據產生了誤差。不難看出，產生誤差的來源主要由2個方面影響：環境(如墻體)相對激光雷達的角度和激光雷達相對環境(如墻體)的速度。

如果將二維掃描型激光雷達安放在對速度相對較快，且對環境檢測實時性要求較高時，往往需要修正激光雷達的環境數據。目前，針對如何解決運動狀態下二維掃描型激光雷達的掃描數據誤差問題，國內外還沒有相關文獻及研究。隨著該類型激光雷達的快速普及，對運動狀態下出現的誤差的修正有著重要的意義。

發明內容

本發明的目的就是提供一種二維掃描型激光雷達的掃描數據修正方法；該方法針對二維掃描型激光雷達處于運動情況下，其掃描數據修正的方法。適用于二維掃描型激光雷達環境檢測方面。

本發明的目的是通過這樣的技術方案實現的：

本發明提供的二維掃描型激光雷達的掃描數據修正方法，包括以下步驟：

S1：獲取激光雷達掃描參數，所示掃描參數包括掃描周期、角度分辨率、掃描范圍、線數；

S2：獲取掃描周期內第i線激光束的距離信息；

S3：根據第i線激光束的距離信息和上一周期的該線激光束的距離獲取第i線激光束相對于掃描環境的當前角度；

S4：通過傳感器獲取激光雷達當前速度；

S5：根據當前速度獲取第i線激光束到掃描環境的當前距離；

S6：根據激光雷達第i線激光束的當前距離和激光雷達的當前速度得到第i線激光束的修正值；

S7：獲取第i線激光束在t時刻的掃描距離；

S8：利用第i線激光束的修正值和掃描距離得到第i線激光束在t時刻掃描的真實掃描值；

S9：重復循環步驟S2-S8得到激光雷達所有線激光束的真實掃描值。

進一步，所述第i線激光束相對于掃描環境的當前角度，具體通過以下步驟來實現：

獲取上一周期第i線激光束的掃描距離；

獲取當前周期第i線激光束的掃描距離；

根據以下公式計算第i線激光束所掃描處環境的當前角度：

式中，

θ_i表示第i線激光束所掃描處環境的當前角度：

S_(t-T)表示上一周期第i線激光束的掃描距離；

S_t表示當前周期第i線激光束的掃描距離；

v表示激光雷達當前速度；

T表示掃描周期；

i表示第i線激光束；

表示掃描范圍；

γ表示角度分辨率。

進一步，所述第i線激光束的修正值按照以下公式來實現：

式中，

ΔS_t(i)表示第i線激光束的修正值；

t表示第i線激光束的掃描時間。

進一步，所述第i線激光束的真實掃描值按照以下公式來實現：