[發(fā)明專利]一種單雷達(dá)校準(zhǔn)和基于剛體的多雷達(dá)配準(zhǔn)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210055301.9
• 申請日: 2022-01-18
• 公開（公告）號: CN114415154A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁志海;李瑞東;都軍輝;柯臘;董毅;曲有成;張德帥;季中林;種傳升;張興勃
• 申請（專利權(quán)）人: 山東矩陣軟件工程股份有限公司
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G06T7/73;G06T7/33;G06F17/16
• 代理公司: 山東瑞宸知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37268
• 代理人: 劉繼枝

本發(fā)明屬于雷達(dá)校準(zhǔn)和配準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單雷達(dá)校準(zhǔn)和基于剛體的多雷達(dá)配準(zhǔn)方法，多雷達(dá)配準(zhǔn)包括以下步驟：P1在應(yīng)用場景現(xiàn)場不同位置安裝多個激光雷達(dá)，在每兩個相鄰激光雷達(dá)之間選擇一個地面識別剛體；P2分別完成每個激光雷達(dá)的校準(zhǔn)；P3點云立方體截取；P4依次產(chǎn)生相鄰激光雷達(dá)的點云旋轉(zhuǎn)平移矩陣；P5多雷達(dá)點云融合；相比現(xiàn)有技術(shù)，(1)本發(fā)明的單雷達(dá)校準(zhǔn)和基于剛體的多雷達(dá)配準(zhǔn)方法均可通過編程實現(xiàn)，免去了多雷達(dá)點云配準(zhǔn)需要的較繁瑣的手工處理過程，提高了效率和精度；(2)本發(fā)明的基于剛體的多雷達(dá)配準(zhǔn)方法，通過在每兩個相鄰激光雷達(dá)之間選擇一個地面識別剛體，方便后續(xù)依次產(chǎn)生相鄰激光雷達(dá)的點云旋轉(zhuǎn)平移矩陣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)校準(zhǔn)和配準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單雷達(dá)校準(zhǔn)和基于剛體的多雷達(dá)配準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

激光雷達(dá)點云默認(rèn)是以雷達(dá)質(zhì)心為坐標(biāo)原點(雷達(dá)原始坐標(biāo)系)，在實際應(yīng)用中一般需要以地面的應(yīng)用場景中心為坐標(biāo)原點(自定義坐標(biāo)系)，這需要進(jìn)行激光雷達(dá)的校準(zhǔn)，完成點云的坐標(biāo)變換，這通常需要多次的校準(zhǔn)嘗試，校準(zhǔn)過程缺乏工程化方法。

激光雷達(dá)滿足分辨率要求的點云有效覆蓋直徑通常較為有限，例如：一款32線激光雷達(dá)，如果安裝高度距離掃描物1.5m，其覆蓋直徑最遠(yuǎn)可達(dá)74m，但如果要求點云分辨率不超過15cm時，則有效覆蓋直徑只有3m。

這往往難以滿足應(yīng)用場景(如：煤炭等大宗物資自動裝車的應(yīng)用場景)的需要，比如上述應(yīng)用場景中要通過激光雷達(dá)確定裝載車的長寬高、定位車斗邊緣、確定裝載車移動距離和檢測喂料高度等。此時需要間隔合適的距離安裝多個激光雷達(dá)，通過雷達(dá)點云配準(zhǔn)融合為一個整體的點云數(shù)據(jù)，可以覆蓋更大的范圍，并且還可以進(jìn)一步提升點云分辨率。精確的多雷達(dá)點云配準(zhǔn)通常也需要一個較繁瑣的手工處理過程。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述的精確的多雷達(dá)點云配準(zhǔn)通常需要一個較繁瑣的手工處理過程的問題，提供了一種單雷達(dá)校準(zhǔn)和基于剛體的多雷達(dá)配準(zhǔn)方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種單雷達(dá)校準(zhǔn)方法，所述單雷達(dá)校準(zhǔn)為將單個激光雷達(dá)的原始三維點云坐標(biāo)系調(diào)整至目標(biāo)位姿的過程，所述目標(biāo)位姿中激光雷達(dá)的三維點云坐標(biāo)系以地面平面作為三維點云坐標(biāo)系的XY平面，并且以地面平面上的激光雷達(dá)的應(yīng)用場景中心為三維點云坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點；

所述單雷達(dá)校準(zhǔn)方法包括以下步驟：

S1獲取激光雷達(dá)輸出的原始三維點云及對原始的三維點云降噪處理；

S2在激光雷達(dá)輸出的原始三維點云中提取地面平面；

S3對激光雷達(dá)輸出的三維點云進(jìn)行旋轉(zhuǎn)平移，使三維點云變換至目標(biāo)位姿，并保存下來，完成單雷達(dá)校準(zhǔn)工作。

作為優(yōu)選，S1中在應(yīng)用場景中安裝所述激光雷達(dá)，在非生產(chǎn)狀態(tài)下錄制激光雷達(dá)輸出的原始三維點云，并利用開源點云處理庫PCL中的標(biāo)準(zhǔn)體素網(wǎng)格過濾器過濾原始三維點云中的雜點，完成原始三維點云降噪。

作為優(yōu)選，S2中所述原始三維點云中提取地面平面分四步進(jìn)行：

S21在激光雷達(dá)原始三維點云坐標(biāo)系下，從坐標(biāo)原點出發(fā)，沿垂直方向和水平方向進(jìn)行角度均分，均分線為射線，多個均分線形成原始三維點云坐標(biāo)系下的射線族；所述均分角度數(shù)為a，所述射線族中射線條數(shù)為N：

中括號表示取整

每條所述均分線對應(yīng)的極坐標(biāo)的天頂角θ_i和方位角分別為：

i為0到間的整數(shù)；

j為0到間的整數(shù)；

S22對所述原始三維點云坐標(biāo)系中的像素坐標(biāo)進(jìn)行極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換公式為：