(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011284990.8
(22)申请日 2020.11.17
(71)申请人 浙江众合科技股份有限公司
地址 310052 浙江省杭州市滨江区江汉路
1785号双城国际4号楼17层
(72)发明人 田巍 沈汪晴 李邺 尤新
袁锦辉
(74)专利代理机构 杭州华鼎知识产权代理事务
所(普通合伙) 33217
代理人 秦晓刚
(51)Int.Cl.
G01S 7/497(2006.01)
G01S 17/87(2020.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种激光雷达的标定方法及
电子设备，包括如下步骤：得到第一标定点云和
第二标定点云；分别完成对翻滚角、俯仰角、偏航
角的标定；由三个旋转角度计算得到旋转矩阵R，
将第二标定点云中的每一个点根据旋转矩阵作
旋转变换；多次测量，最后计算平移参数的平均
值；根据三个平均旋转角度和三个平均平移参数
计算得到转换矩阵。本发明针对览沃激光雷达的
点云特点，不依赖其他传感器的测量值，简单、有
效、精准地标定多个览沃激光雷达之间的相对位
姿，从而达到多坐标系的统一，实现激光点云高
精度的融合，
有较高的精度且可操作性强。权利要求书2页 说明书6页 附图2页CN 112558043 A 2021.03.26
C N 112558043
A
1.一种激光雷达的标定方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：第一激光雷达和第二激光雷达分别对标定体进行扫描，分别获得第一激光点云和第二激光点云，并将第一激光点云和第二激光点云均按固定的帧数叠加，分别得到第一稠密点云和第二稠密点云；对第一稠密点云和第二稠密点云均作过滤处理，仅保留包含所有标定体的点云，得到第一标定点云和第二标定点云；
S2：以第一激光雷达和第二激光雷达的Z轴为投影方向，将第一标定点云和第二标定点云分别投影到各自的坐标平面XOY上，得到二维的第一点平面和第二点平面，然后到标定体的一条标定边，在第一点平面和第二点平面分别标记出该标定边，并在两个坐标平面上分别拟合出直线；若两条直线不平行，将第二标定点云绕Z轴旋转，重新投影得到更新后的第二点平面，重新拟合得到新的直线方程，直到对应的两条直线平行，记录旋转角度，完成对翻滚角的标定；以第一激光雷达和第二激光雷达的Y轴为投影方向，将第一标定点云和第二标定点云分别投影到各自的坐标平面XOZ上，得到二维的第一点平面和第 二点平面，然后到标定体的一条标定边，在第一点平面和第二点平面分别标记出该标定边，并在两个坐标平面上分别拟合出直线；若两条直线不平行，将第二标定点云绕Y轴旋转，重新投影得到更新后的第二点平面，重新拟合得到新的直线方程，直到对应的两条直线平行，记录旋转角度，完成对俯仰角的标定；以第一激光雷达和第二激光雷达的X轴为投影方向，将第一标定点云和第二标定点云分别投影到各自的坐标平面YOZ上，得到二维的第一点平面和第二点平面，然后到标定体的一条标定边，在第一点平面和第二点平面分别标记出该标定边，并在两个坐标平面上分别拟合出直线；若两条直线不平行，将第二标定点云绕X轴旋转，重新投影得到更新后的第二点平面，重新拟合得到新的直线方程，直到对应的两条直线平行，记录旋转角度，完成对偏航角的标定；
S3：由三个旋转角度计算得到旋转矩阵R，将第二标定点云中的每一个点根据旋转矩阵作旋转变换；
S4：以激光雷达的X轴为投影方向，在第一点云和旋转后的第二点云中到标定体上其它的标定边，分别投影到各自的坐标平面YOZ上，拟合出直线函数，当存在不止一对满足条件的直线时，取在y轴上截距最小的对应两直线，计算在y方向上的平移参数；以激光雷达的Y轴为投影方向，在第一点云和旋转后的第二点云中到标定体上其它的标定边，并分别投影到各自的坐标平面XOZ上，拟合出直线函数，当存在不止一对满足条件的直线时，取在z轴上截距最大的对应两直线，计算在z方向上的平移参数；以激光雷达的Z轴为投影方向，在第一点云和旋转后的第二点云中到标定体上其它的标定边，分别投影到各自的坐标平面XOY上，拟合出直线函数，当存在不止一对满足条件的直线时，取在x轴上截距最小的
对应两条直线，计算在x方向上的平移参数；
S5：重复上述步骤S1‑S4，多次测量，最后计算平移参数的平均值；
S6：根据三个平均旋转角度和三个平均平移参数计算得到转换矩阵。
2.根据权利要求1所述的一种激光雷达的标定方法，其特征在于：所述标定体具有至少三条相互垂直的标定边，并且标定边在三个方向上可见。
3.根据权利要求2所述的一种激光雷达的标定方法，其特征在于：在第一激光雷达和第二激光雷达的重叠扫描区域内，放置两个标定体，两个标定体到第一激光雷达的距离不同，且两个标定体之间相距至少5米。
4.根据权利要求1所述的一种激光雷达的标定方法，其特征在于：获取第一激光点云和第二激光点云的帧率设置为10hz，叠加后的第一稠密点云和第二稠密点云的帧数为30帧。
5.根据权利要求1所述的一种激光雷达的标定方法，其特征在于：判断直线平行的具体方法为：计算两个点平面中对应的两条直线斜率的差值|B2/A2‑B1/A1|，当斜率差值小于阈值时，判定这两条直线平行。
6.根据权利要求5所述的一种激光雷达的标定方法，其特征在于：当标定体有多条满足条件的标定边时，
分别在第一点平面和第二点平面对每一条标定边拟合直线并求出斜率，计算对应的两条直线的斜率差值，然后计算差值的平均值，若平均值小于阈值则判定对应的直线两两平行。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的一种激光雷达的标定方法，其特征在于：当需要标定的激光雷达的数量为至少三个时，采用如下方法进行标定：
(1)根据至少三个激光雷达的扫描区域，设定至少三个激光雷达的标定顺序；标定顺序中相邻的两个激光雷达具有重合扫描区域；
(2)基于标定顺序，依次将相邻的两个激光雷达确定为第一激光雷达和第二激光雷达；
(3)将相邻的两个激光雷达以此标定之后得到转换矩阵后，在至少三个激光雷达中选取一个激光雷达的坐标系为基准，通过矩阵乘法获取每个激光雷达坐标到基准坐标系的变换。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现如1‑7中任一所述的一种激光雷达的标定方法的步骤。
一种激光雷达的标定方法及电子设备
技术领域
[0001]本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及无人驾驶传感器技术。
背景技术
[0002]在无人驾驶领域，有时会用到两个或者多个激光雷达。在使用前，需要对它们的相对位姿进行标定，从而统一坐标系，实现激光点云融合。览沃激光雷达(Livox Lidar)具有特殊的非重复扫描模式，随着积分时间的增大，激光点云视场覆盖率增大，才能探测到视场中更多的细节，这一特点与常见的机械旋转式多线激光雷达截然不同。
[0003]传统技术中，多个激光雷达间的标定主要通过先对单个激光雷达与其他传感器如IMU(惯性测量传感器)分别做标定，再对这些标定结果做计算，从而间接获得多个激光雷达之间的相对位姿来完成标定。这种方法由于激光雷达间的位姿关系是间接获取的，其标定结果误差大，操作复杂，效率低。
发明内容
[0004]针对现有技术存在的缺陷和览沃激光雷达的特点，本发明所要解决的技术问题就是提供一种激光雷达的标定方法，简单、有效、精准地标定多个览沃激光雷达之间的相对位姿。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0006]一种激光雷达的标定方法，包括如下步骤：
[0007]S1：第一激光雷达和第二激光雷达分别对标定体进行扫描，分别获得第一激光点云和第二激光点云，并将第一激光点云和第二激光点云均按固定的帧数叠加，分别得到第一稠密点云和第二稠密点云；对第一稠密点云和第二稠密点云均作过滤处理，仅保留包含所有标定体的点云，得到第一标定点云和第二标定点云；
[0008]S2：以第一激光雷达和第二激光雷达的Z轴为投影方向，将第一标定点云和第二标定点云分别投影到各自的坐标平面XOY上，得到二维的第一点平面和第二点平面，然后到标定体的一条标定边，在第一点平面和第二点平面分别标记出该标定边，并在两个坐标平面上分别拟合出直线；若两条直线不平行，将第二标定点云绕Z轴旋转，重新投影得到更新后的第二点平面，重新拟合得到新的直线方程，直到对应的两条直线平行，记录旋转角度，完成对翻滚角的标定；以第一激光雷达和第二激光雷达的Y轴为投影方向，将第一标定点云和第二标定点云分别投影到各自的坐标平面XOZ上，得到二维的第一点平面和第二点平面，然后到标定体的一条标定边，在第一点平面和第二点平面分别标记出该标定边，并在两个坐标平面上分别拟合出直线；若两条直线不平行，将第二标定点云绕Y轴旋转，重新投影得到更新后的第二点平面，重新拟合得到新的直线方程，直到对应的两条直线平行，记录旋转角度，完成对俯仰角的标定；以第一激光雷达和第二激光雷达的X轴为投影方向，将第一标定点云和第二标定点云分别投影到各自的坐标平面YOZ上，得到二维的第一点平面和第二点平面，然后到标定体的一条标定边，在第一点平面和第二点平面分别标记出该标定
边，并在两个坐标平面上分别拟合出直线；若两条直线不平行，将第二标定点云绕X轴旋转，重新投影得到更新后的第二点平面，重新拟合得到新的直线方程，直到对应的两条直线平行，记录旋转角度，完成对偏航角的标定；
[0009]S3：由三个旋转角度计算得到旋转矩阵R，将第二标定点云中的每一个点根据旋转矩阵作旋转变换；
[0010]S4：以激光雷达的X轴为投影方向，在第一点云和旋转后的第二点云中到标定体上其它的标定边，分别投影到各自的坐标平面YOZ上，拟合出直线函数，当存在不止一对满足条件的直线时，取在y轴上截距最小的对应两直线，计算在y方向上的平移参数；以激光雷达的Y轴为投影方向，在第一点云和旋转后的第二点云中到标定体上其它的标定边，并分别投影到各自的坐标平面XOZ上，拟合出直线函数，当存在不止一对满足条件的直线时，取在z轴上截距最大的对应两直线，计算在z方向上的平移参数；以激光雷达的Z轴为投影方向，在第一点云和旋转后的第二点云中到标定体上其它的标定边，分别投影到各自的坐标平面XOY上，拟合出直线函数，当存在不止一对满足条件的直线时，取在x轴上截距最小的对应两条直线，计算在x方向上的平移参数；
[0011]S5：重复上述步骤S1‑S4，多次测量，最后计算平移参数的平均值；
[0012]S6：根据三个平均旋转角度和三个平均平移参数计算得到转换矩阵。
[0013]优选的，所述标定体具有至少三条相互垂直的标定边，并且标定边在三个方向上可见。
[0014]优选的，在第一激光雷达和第二激光雷达的重叠扫描区域内，放置两个标定体，两个标定体到第一激光雷达的距离不同，且两个标定体之间相距至少5米。
[0015]优选的，获取第一激光点云和第二激光点云的帧率设置为10hz，叠加后的第一稠密点云和第二稠密点云的帧数为30帧。
[0016]优选的，判断直线平行的具体方法为：计算两个点平面中对应的两条直线斜率的差值(|B2/A2‑B1/A1|)，当斜率差值小于阈值时，判定这两条直线平行。
[0017]优选的，当标定体有多条满足条件的标定边时，分别在第一点平面和第二点平面对每一条标定边拟合直线并求出斜率，计算对应的两条直线的斜率差值，然后计算差值的平均值，若平均值小于阈值则判定对应的直线两两平行。
[0018]优选的，当需要标定的激光雷达的数量为至少三个时，采用如下方法进行标定：[0019](1)根据至少三个激光雷达的扫描区域，设定至少三个激光雷达的标定顺序；标定顺序中相邻的两个激光雷达具有重合扫描区域；
[0020](2)基于标定顺序，依次将相邻的两个激光雷达确定为第一激光雷达和第二激光雷达；
[0021](3)将相邻的两个激光雷达以此标定之后得到转换矩阵后，在至少三个激光雷达中选取一个激光雷达的坐标系为基准，通过矩阵乘法获取每个激光雷达坐标到基准坐标系的变换。
[0022]本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的一种激光雷达的标定方法的步骤。
[0023]本发明针对览沃激光雷达的点云特点，不依赖其他传感器的测量值，简单、有效、
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