[發明專利]一種多組激光雷達外參標定系統及其方法

有效

• 申請號: 201911023758.6
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110596683B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 鄧梓楓;陳龍
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 王曉玲

本發明屬于激光雷達技術領域，更具體地，涉及一種多組激光雷達外參標定系統及其方法；包含點云分割模塊、地面檢測的點云匹配模塊、地圖構建模塊、信息融合模塊與路徑優化模塊；利用激光雷達一段時間內的上下文信息，計算激光雷達前后幀之間的點運動關系，加上IMU提供的位姿去除累計的雷達運動畸變，構建區域內的場景地圖，即可完成多組激光雷達外參標定工作。本發明能接受一定程度的雷達視野遮擋、共同視野很小或沒有的情況，標定完成后可充分利用多雷達之間的互信息，減少視野盲區、提高對外界環境的探測能力。相較于傳統的人工或單幀標定方法，本發明適用性廣、易于安裝、標定結果的魯棒性與精準度也有很大提升。

技術領域

本發明屬于激光雷達技術領域，更具體地，涉及一種多組激光雷達外參標定系統及其方法。

背景技術

近年來，激光雷達技術的不斷進步，為無人駕駛汽車與智能移動機器人提供了良好的傳感器基礎。利用激光雷達，可精確測量雷達主體與外部環境和障礙物等的距離，其輸出的點云可描述三維空間環境，并且可以可視化地顯示出來。激光雷達不會因為光照強度以及動態環境的變化而影響設備的正常高效運行，但在實際的工作情況下，僅使用單個激光雷達，可能會導致部分視野的丟失，從而產生視野盲區。

發明內容

本發明為克服上述現有技術中單個激光雷達在車體上方無法檢測車體周圍地面環境狀況、觀測結果信息稀疏等缺陷，提供一種多組激光雷達外參標定系統及其方法，可完成多組激光雷達外參標定工作，獲取高精度的標定結果。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種多組激光雷達外參標定系統，包括：

點云分割模塊：激光雷達的輸出是三維激光點云，其中包含了外界環境的整體描述，包括車體周圍的路面環境、障礙物等；點云分割模塊將三維激光點云分割為多個類別，過濾噪聲點，將分割之后的語義點云輸出到地圖構建模塊與地面檢測的點云匹配模塊中；

地面檢測的點云匹配模塊：用于構建基于地面的約束，使激光點云匹配可以開展在一個相對穩定的平面上，點云匹配采用語義ICP(迭代最近點)匹配算法算法，選用當前幀與周圍點云地圖配準策略，匹配過程利用點云分割的類別信息，同時獲取IMU提供的位姿信息作為約束提高匹配準確度與效率，輸出注冊點云的6自由度姿態估計，將此輸出到地圖構建模塊；

地圖構建模塊：用于獲得分割后的點云以及每一幀點云前后的6自由度姿態估計，在場景地圖構建模塊將新增的點云圖與附近點云地圖進行細粒度配準，配準過程采用圖優化的方式優化構建點云地圖，并保存特征點云的匹配序列，后續新增的點云經過語義ICP的閉環檢測算法，可消除前段時間內的累計漂移誤差，輸出優化的點云地圖與點云的匹配序列即路徑到信息融合模塊；

信息融合模塊：采用多線程的方式，分別接收來自地圖構建模塊的多組語義點云地圖與特征點云路徑，整合多個激光雷達的信息；首先求解多組語義點云圖與路徑間的變換關系，對語義點云地圖進行配準，獲得點云地圖之間的變換關系，在該變換關系上采取遺傳算法對特征點云的路徑進行擬合，將多組輔助雷達到主雷達之間的標定結果輸出到路徑優化模塊；

路徑優化模塊：用于獲取外參的初值，將外參作用到初始采集的數據中，每個雷達都進行坐標系轉化，然后在主雷達的全局語義地圖中分別注冊語義點云，獲取特征點云的路徑，利用遺傳算法對路徑進行擬合獲取更進一步的外參偏移量；以此往復多次迭代，直至多次外參變化量小于某閾值或達到迭代最大次數，最終輸出多組激光雷達的外參。

傳統的激光雷達點云注冊方法依靠GPS定位信息或車輛輪式里程計，前者需要高精度GPS與良好的室外環境，后者對里程計積分會導致累計誤差，本發明則利用激光雷達一段時間內的上下文信息，計算激光雷達前后幀之間的點運動關系，加上IMU提供的位姿去除累計的雷達運動畸變，構建區域內的場景地圖，即可完成多組激光雷達外參標定工作。

本發明還提供一種多組激光雷達外參標定方法，具體包括以下步驟：