[發明專利]一種基于旋轉結構的激光雷達建圖方法及其掃描系統

有效

• 申請號: 201911358853.1
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111025331B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 張琳;涂美義;陸世東;李楊寰;高峰;閔濤;郭超;羅小勇;程普;王思維;顏宇;石林
• 申請（專利權）人: 湖北省空間規劃研究院;湖南云箭格納微信息科技有限公司
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 趙朕毅

本發明公開了一種基于旋轉結構的激光雷達建圖方法，包括：S1：雷達原始點云輸入；S2：根據電機參數標定進行雷達點云校正；S4：根據IMU數據進行雷達點云校正；S5：對點云的平移量進行校正，進而對旋轉量進行校正；S6：地圖點云輸出。相應地，本發明還公開了一種基于旋轉結構的激光雷達掃描系統，包括電機、光柵編碼器和IMU，用于實施前述所述的方法。本發明使得旋轉結構激光雷達實現單三維激光雷達對全三維空間的無間隙密集化測量，其測量精度達到或者接近靜態激光雷達的掃描精度。

技術領域

本發明屬于激光雷達技術領域，特別涉及一種基于旋轉結構的激光雷達建圖方法及其掃描系統。

背景技術

利用激光進行環境感知和環境重構常用的方法有兩種，第一種是把激光固定在一個平臺上進行定點掃描(即激光掃描時平臺保持不動)，并在場景中放置一些標記物，最后利用這些標記物，把不同站點數據進行拼接，形成全場景的結構數據；第二種是把激光固定在平臺上，激光進行掃描的同時平臺進行移動(即邊移動邊掃描)，并利用相關算法，得到場景重構數據。第一種方法原理簡單，但是操作相對繁瑣，需要人工設計標記物，并依據標記物進行后期拼接，效率較低。相對于第一種方法，第二種方法不需要人工設計標記物，效率較高。但是，這兩種方法有個一個共同的特點，激光雷達本身相對于平臺都是固定的，這樣做的好處是，雷達坐標系和平臺坐標系關系固定，它們的運動情況一致，因此，解算中不需要考慮雷達坐標系和平臺坐標系之間的復雜的轉換關系。但是缺點也很明顯，概括起來主要有如下幾個方面：(1)場景中的有些位置，激光無法掃描到；(2)各個位置的點云密度不夠均勻；(3)無法利用場景全局特征進行解算，導致即使場景包含明顯的結構特征，但是如果掃描不到這些明顯的特征，算法受到影響，常見的是slam算法中的里程損失等問題。

現有激光掃描系統都是基于激光與平臺固連的情況設計數據處理算法，如點云的濾波等，但是如果在激光掃描時，激光和平臺存在旋轉等運動時，每一個掃描幀中的每一個數據點對應的激光雷達的姿態都不一樣，因此，如果仍然利用原來的算法進行處理，會導致環境重構精度不高，甚至會導致結構的錯亂，而無法生成滿足要求的數據。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于旋轉結構的激光雷達建圖方法及其掃描系統，以使得旋轉結構激光雷達實現單三維激光雷達對全三維空間的無間隙密集化測量。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種基于旋轉結構的激光雷達建圖方法，包括：

S1：雷達原始點云輸入；

S2：根據電機參數標定進行雷達點云校正；

S4：根據IMU數據進行雷達點云校正；

S5：對點云的平移量進行校正，進而對旋轉量進行校正；

S6：地圖點云輸出。

優選的，步驟S2之后還包括：

S3：光柵編碼器實時獲取電機轉速，在預設時間間隔內進行點云校正。

步驟S2中電機參數標定的方法為：

S21：記錄電機啟動時間，讓電機正常運行；

S22：依據脈沖/每轉的電機開發信息來選擇運行時間；

S23：測定結束時刻電機偏離零位情況；

S24：依據步驟S22和步驟S23計算電機轉速特性。

優選的，步驟S4包括：

S41：對IMU特性參數進行二次標定；

S42：對IMU和雷達之間的外參數進行標定；

S43：依據步驟S41和步驟S42的標定數據對雷達點云瞬時運動進行補償。