[發(fā)明專利]一種基于核嶺回歸的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)去畸變方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310302567.3
• 申請(qǐng)日: 2023-03-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116167919A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟步敏;楊佳爽;劉金剛;張東波;胡新杰;劉寧杰;周正釗;王惠敏;鄧璇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T3/40
• 分類號(hào): G06T3/40;G06T5/00;G06T7/80;G06F17/18
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務(wù)所(普通合伙) 43108
• 代理人: 陳偉

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于核嶺回歸的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)去畸變方法，包括以下步驟：獲取激光雷達(dá)采集到的點(diǎn)云信息和IMU采集到的載體運(yùn)動(dòng)信息；根據(jù)點(diǎn)云信息的時(shí)間戳確定相近時(shí)間戳的IMU信息，通過(guò)插值獲得同步的IMU測(cè)量值；計(jì)算載體運(yùn)動(dòng)信息，通過(guò)對(duì)IMU測(cè)量值進(jìn)行積分解算來(lái)獲取設(shè)備位姿信息；以解算后的多維運(yùn)動(dòng)向量作為核嶺回歸的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，對(duì)激光點(diǎn)掃描時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和平移運(yùn)動(dòng)進(jìn)行回歸預(yù)測(cè)；通過(guò)訓(xùn)練后的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)統(tǒng)一在同一坐標(biāo)系下，輸出去畸變后的點(diǎn)云坐標(biāo)。本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的線性插值在非線性數(shù)據(jù)處理上有很大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于非勻速運(yùn)動(dòng)條件可以得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，抗干擾能力強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于核嶺回歸的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)去畸變方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，激光雷達(dá)同時(shí)定位和地圖構(gòu)建(SLAM)算法已相對(duì)成熟。然而，作為激光SLAM系統(tǒng)主要傳感器的移動(dòng)底盤和激光雷達(dá)存在點(diǎn)云畸變問(wèn)題。點(diǎn)云畸變是由于激光雷達(dá)采集數(shù)據(jù)的過(guò)程中，隨著載體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致一幀點(diǎn)云中的點(diǎn)不是在同一時(shí)刻采集的，即不同激光點(diǎn)的坐標(biāo)系不一致。在靜態(tài)場(chǎng)景下，即激光雷達(dá)載體靜止且環(huán)境中沒(méi)有運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，采集到的一幀點(diǎn)云沒(méi)有畸變，每條線束打到地面上形成一個(gè)閉合的圓形。而在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下，即激光雷達(dá)載體運(yùn)動(dòng)或環(huán)境中存在運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)出現(xiàn)畸變現(xiàn)象，如圖1所示。當(dāng)激光雷達(dá)向前運(yùn)動(dòng)并與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在采集一幀數(shù)據(jù)時(shí)的雷達(dá)原點(diǎn)位置和終止時(shí)的位置之間發(fā)生位移，導(dǎo)致三維環(huán)境信息出現(xiàn)拉伸的畸變(運(yùn)動(dòng)物體同理)，可以結(jié)合慣性測(cè)量單元(IMU)來(lái)輔助消除點(diǎn)云畸變。

慣性測(cè)量單元(IMU)包括陀螺儀、加速度計(jì)和磁力計(jì)等主要元件。陀螺儀可以測(cè)量三個(gè)正交軸上的角速度，加速度計(jì)可以測(cè)量三個(gè)正交軸上的加速度，而磁力計(jì)可以獲取周圍磁場(chǎng)的信息。通過(guò)對(duì)這些載體信息進(jìn)行積分解算，可以獲得任意時(shí)刻IMU相對(duì)于世界坐標(biāo)系w的速度、位置和姿態(tài)信息。

為了解決點(diǎn)云畸變問(wèn)題，需要獲取單個(gè)掃描周期內(nèi)激光雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并通過(guò)對(duì)點(diǎn)云信息中所有激光點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償來(lái)消除點(diǎn)云畸變。激光雷達(dá)在單個(gè)掃描周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以用一個(gè)自變量為時(shí)間、因變量為旋轉(zhuǎn)和平移運(yùn)動(dòng)的連續(xù)函數(shù)描述。目前，大多數(shù)算法使用線性插值方法來(lái)得到運(yùn)動(dòng)函數(shù)，但這種方法只能保證解的精確性在勻速運(yùn)動(dòng)的情況下，無(wú)法滿足崎嶇路面或有障礙場(chǎng)景下的非勻速運(yùn)動(dòng)條件，從而導(dǎo)致線性插值得到的解與實(shí)際值偏離。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種算法簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)精度高的基于核嶺回歸的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)去畸變方法。

本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是：一種基于核嶺回歸的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)去畸變方法，包括以下步驟：

步驟1：獲取激光雷達(dá)采集到的點(diǎn)云信息和IMU采集到的載體運(yùn)動(dòng)信息；

步驟2：根據(jù)點(diǎn)云信息的時(shí)間戳確定相近時(shí)間戳的IMU信息，通過(guò)插值獲得同步的IMU測(cè)量值；

步驟3：計(jì)算載體運(yùn)動(dòng)信息，通過(guò)對(duì)IMU測(cè)量值進(jìn)行積分解算來(lái)獲取設(shè)備位姿信息；

步驟4：以解算后的多維運(yùn)動(dòng)向量作為核嶺回歸的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，對(duì)激光點(diǎn)掃描時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和平移運(yùn)動(dòng)進(jìn)行回歸預(yù)測(cè)；

步驟5：通過(guò)訓(xùn)練后的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)統(tǒng)一在同一坐標(biāo)系下，輸出去畸變后的點(diǎn)云坐標(biāo)。

上述基于核嶺回歸的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)去畸變方法，所述步驟1中，激光雷達(dá)在采集三維數(shù)據(jù)時(shí)，每一步的旋轉(zhuǎn)在空間上采集16個(gè)點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)，在垂直方向上的視角范圍為-15度到+15度；

激光雷達(dá)采用UDP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，獲取激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的方法包括自編寫(xiě)代碼獲取和通過(guò)Wireshark軟件實(shí)時(shí)獲取；