基于直线特征的单线与多线激光雷达联合标定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于直线特征的单线与多线激光雷达联合标定方法及系统，所述方法包括：对多线激光雷达点云进行初步裁剪，拟合两个平面，计算两平面在多线激光雷达坐标系的xoy平面内的投影，得到两条直线，然后沿z轴方向添加若干个点；对单线激光雷达点云进行初步裁剪，拟合两条直线，并对单线激光雷达点云进行筛选，使单线激光雷达点云中的两条直线与多线激光雷达点云中的两条直线等长，然后沿z轴方向添加若干个点；对单线激光雷达点云与多线激光雷达点云进行配准，得到单线激光雷达与多线激光雷达的相对位姿，完成标定。本发明专利技术具有对数据采集场景的要求低、操作简便、标定精度高等优点。高等优点。高等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于直线特征的单线与多线激光雷达联合标定方法及系统


[0001]本专利技术主要涉及激光雷达标定
，具体涉及一种基于直线特征的单线与多线激光雷达联合标定方法及系统。

技术介绍

[0002]单线激光雷达与多线激光雷达联合标定，目的在于计算单线激光雷达与多线激光雷达之间的相对位姿，即单线激光雷达相对于多线激光雷达的偏航角以及x轴方向、y轴方向的平移量，从而实现激光雷达坐标系的转换。
[0003]现已公开的专利文献中，三一重工股份有限公司的《单线激光雷达与多线激光雷达的标定方法和装置》(申请公布号：CN111103576 A)，公开了单线激光雷达与多线激光雷达的联合标定方法和装置，其主要特点在于同一个点，需要经过两次坐标变换，即单线激光雷达坐标系中的点，先转换到多线激光雷达坐标系中，再转换到世界坐标系中，所以需要先计算多线激光雷达在世界坐标系中的位姿，再计算单线激光雷达与多线激光雷达之间的相对位姿。这种方案最大的缺点在于：两次坐标变换，会引入较大的误差，最终使标定误差较大；另外，该方案使用较繁琐。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种使用便利且标定精度高的基于直线特征的单线与多线激光雷达联合标定方法及系统。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0006]一种基于直线特征的单线与多线激光雷达联合标定方法，包括：
[0007]对原始的多线激光雷达点云进行初步裁剪，拟合多线激光雷达点云中的两个平面，计算两平面在多线激光雷达坐标系的xoy平面内的投影，从而得到两条直线，然后沿z轴方向添加若干个点；
[0008]对原始的单线激光雷达点云进行初步裁剪，拟合单线激光雷达点云中的两条直线，并对单线激光雷达点云进行筛选，使单线激光雷达点云中的两条直线与多线激光雷达点云中的对应两条直线等长，然后沿z轴方向添加若干个点；
[0009]对单线激光雷达点云与多线激光雷达点云进行配准，得到单线激光雷达与多线激光雷达的相对位姿，完成单线激光雷达与多线激光雷达的标定。
[0010]得到单线激光雷达与多线激光雷达的相对位姿后，再对相对位姿的精度进行评估；当所述相对位姿的精度在预设阈值内，则完成单线激光雷达与多线激光雷达的标定。
[0011]所述精度评估过程为：
[0012]获取多线激光雷达点云中两条直线的法向量，以及拟合后的单线激光雷达点云中两条直线的法向量，再分别计算同一平面对应的两个法向量的夹角，得到对应的旋转精度，再得到平均旋转误差；
[0013]获取拟合后的单线激光雷达点云中两条直线的交点，以及多线激光雷达点云中两
[0034]在精配准阶段，以T2为初值，进行第一次精配准，完成第一次精配准后，计算得到的转换矩阵为：
[0035][0036]计算单线激光雷达与多线激光雷达点云中的两条直线的法向量，采用奇异值分解方法，计算得到的转换矩阵为：
[0037][0038]最终的转换矩阵为：
[0039][0040]其中，T0、T1、T2、T3、T4均为4x4的增广矩阵，R0、R1、R2、R3、R4均为3x3的旋转矩阵，t0、t1、t2、t3、t4均为三维的平移向量；
[0041]至此，计算出精确的旋转矩阵R和平移向量t，即得到单线激光雷达相对于多线激光雷达的相对位姿。
[0042]计算两平面在多线激光雷达坐标系的xoy平面内的投影的过程为：
[0043]以激光雷达坐标系的xoy平面为基准，计算初步裁剪后的多线激光雷达点云中每一点到两条直线的水平距离，若距离小于设定阈值，则保留该点；遍历所有点云后，得到新点云，令该新点云中每一点的竖坐标等于0，提取墙面点云到多线激光雷达坐标系的xoy平面内的投影，然后沿z轴方向添加若干个点。
[0044]对单线激光雷达点云进行筛选的过程为：计算拟合后的单线激光雷达点云中的两条直线的交点，计算每个点到交点的距离，根据距离的大小来对点云进行筛选，然后沿z轴方向添加若干个点。
[0045]本专利技术还公开了一种基于直线特征的单线与多线激光雷达联合标定系统，包括：
[0046]第一程序模块，用于对原始的多线激光雷达点云进行初步裁剪，拟合多线激光雷达点云中的两个平面，计算两平面在多线激光雷达坐标系的xoy平面内的投影，从而得到两条直线，然后沿z轴方向添加若干个点；
[0047]第二程序模块，用于对原始的单线激光雷达点云进行初步裁剪，拟合单线激光雷达点云中的两条直线，并对单线激光雷达点云进行筛选，使单线激光雷达点云中的两条直线与多线激光雷达点云中的对应两条直线等长，然后沿z轴方向添加若干个点；
[0048]第三程序模块，用于对单线激光雷达点云与多线激光雷达点云进行配准，得到单线激光雷达与多线激光雷达的相对位姿，完成单线激光雷达与多线激光雷达的标定。
[0049]本专利技术进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述标定方法的步骤。
[0050]本专利技术还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述标定方法的步骤。
[0051]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0052]本专利技术的基于直线特征的单线与多线激光雷达联合标定方法及系统，只需要进行一次坐标转换，即从单线激光雷达坐标系转换到多线激光雷达坐标系，直接进行点云配准，得到单线激光雷达与多线激光雷达两者之间的相对位姿，从而实现单线激光雷达与多线激光雷达的联合标定；上述标定方法由于只进行了一次坐标转换，相对于现有方法中的多次坐标转换，操作简便，且能够避免多次坐标转换带来的标定误差，从而提高标定精度。此外，本专利技术所述的方法，不需要额外的辅助工具和算法，对采集数据的场景的要求也较低。
附图说明
[0053]图1为本专利技术的激光雷达标定方法在实施例的流程图。
[0054]图2为本专利技术的单线激光雷达点云初步裁剪示意图。
[0055]图3为本专利技术的多线激光雷达点云初步裁剪示意图。
[0056]图4为本专利技术的多线激光雷达点云初步裁剪后的示意图(两个平面)。
[0057]图5为点云预处理阶段，在直线交点处沿z轴方向添加新点之后的示意图(图中的长线表示添加的新点)。
[0058]图6为本专利技术的精度评估示意图。
具体实施方式
[0059]以下结合说明书附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。
[0060]如图1所示，本专利技术实施例的基于直线特征的单线与多线激光雷达联合标定方法，包括：
[0061]对原始的多线激光雷达点云进行初步裁剪，拟合多线激光雷达点云中的两个平面，计算两平面在多线激光雷达坐标系的xoy平面内的投影，从而得到两条直线，然后沿z轴方向添加若干个点，如图5所示；
[0062]对原始的单线激光雷达点云进行初步裁剪，拟合单线激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于直线特征的单线与多线激光雷达联合标定方法，其特征包括：对原始的多线激光雷达点云进行初步裁剪，拟合多线激光雷达点云中的两个平面，计算两平面在多线激光雷达坐标系的xoy平面内的投影，从而得到两条直线，然后沿z轴方向添加若干个点；对原始的单线激光雷达点云进行初步裁剪，拟合单线激光雷达点云中的两条直线，并对单线激光雷达点云进行筛选，使单线激光雷达点云中的两条直线与多线激光雷达点云中对应的两条直线等长，然后沿z轴方向添加若干个点；对单线激光雷达点云与多线激光雷达点云进行配准，得到单线激光雷达与多线激光雷达的相对位姿，完成单线激光雷达与多线激光雷达的标定。2.根据权利要求1所述的基于直线特征的单线与多线激光雷达联合标定方法，其特征在于，得到单线激光雷达与多线激光雷达的相对位姿后，再对相对位姿的精度进行评估；当所述相对位姿的精度在预设阈值内，则完成单线激光雷达与多线激光雷达的标定。3.根据权利要求2所述的基于直线特征的单线与多线激光雷达联合标定方法，其特征在于，所述评估过程为：获取多线激光雷达点云中两条直线的法向量，以及拟合后的单线激光雷达点云中两条直线的法向量，再分别计算同一平面对应的两个法向量的夹角，得到对应的旋转精度，再得到平均旋转误差；获取拟合后的单线激光雷达点云中两条直线的交点，以及多线激光雷达点云中两条直线的交点，再计算两个交点的距离，得到平移精度；基于平均旋转误差和平移精度，计算得到标定分数；将标定分数与预设标准标定分数进行比对，当两者之间的差值在预设阈值内，则表示该标定结果有效。4.根据权利要求3所述的基于直线特征的单线与多线激光雷达联合标定方法，其特征在于，所述平均旋转误差Δψ为：其中Δψ1和Δψ2分别为两个方向的角度误差；其中n
2D
和n'
2D
分别为单线激光雷达点云中两条拟合的直线的法向量，n
3D
和n'
3D
分别为多线激光雷达点云中两条拟合的直线的法向量。5.根据权利要求4所述的基于直线特征的单线与多线激光雷达联合标定方法，其特征在于，所述平移精度Δt为：
其中，Δt为距离误差(即平移精度)，x1和y1为单线激光雷达点云中两条拟合直线的交点坐标，x2和y2为多线激光雷达点云中两条拟合直线的交点坐标。6.根据权利要求5所述的基于直线特征的单线与多线激光雷达联合标定方法，其特征在于，所述标定分数score为：其中a和b为加权系数，a+b＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：安向京，孟德远，罗小龙，
申请(专利权)人：长沙行深智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：