一种直线运动机构上2D激光雷达的外参标定方法技术

本发明专利技术公开了一种直线运动机构上2D激光雷达的外参标定方法，包括如下步骤：S1、将标志物设于固定平面上，然后获取2D激光雷达在跟随直线运动机构运动过程中扫描在固定平面和标志物上的点云信息；S2、根据所述点云信息，以直线运动机构的坐标系为基准，对2D激光雷达分别绕x轴、y轴和z轴的旋转角度进行标定；S3、对2D激光雷达相对于直线运动机构坐标系平移值进行标定；S4、通过步骤S2中的旋转角度公式得到2D激光雷达坐标系在直线运动机构坐标系的旋转矩阵R，根据平移值t、旋转矩阵R得到2D激光雷达坐标系在直线运动机构坐标系的外参矩阵T；通过上述外参标定方法，以此来构建大场景的高精度点云地图。精度点云地图。精度点云地图。

【技术实现步骤摘要】
一种直线运动机构上2D激光雷达的外参标定方法


[0001]本专利技术属于传感器标定
，具体涉及一种直线运动机构上2D激光雷达的外参标定方法。

技术介绍

[0002]3D激光雷达可以直接获取3D点云，但是其价格昂贵，因此，在实际的应用中受到限制，2D激光雷达相比3D激光雷达具有价格便宜的优点，但是缺少一个维度的点云信息。中国专利文献CN 112630795A中提出一种利用2D激光雷达融合直线运动机构上的位置信息来构建3D点云的方案，该方案直接使用低成本的2D激光雷达构建大场景的点云地图。但是这种方案需要2D激光雷达坐标系的三个坐标轴分别和运动机构坐标系的三个坐标轴保持高精度的平行，当2D激光雷达坐标系的三个坐标轴不能保证很高精度的平行，并且测量的物体较远时，得到的3D点云地图坐标就会有较大误差，并且，通过观察2D激光点云的图像又很难判断2D激光雷达坐标系的三个坐标轴分别和运动机构坐标系的三个坐标轴是否保持高精度的平行。
[0003]目前，2D激光雷达外参标定大部分是标定相机和2D激光雷达的位姿变换关系，例如中国专利文献CN 112017248B公开了一种基于点线特征的2D激光雷达相机多帧单步标定方法，但是这种外参标定方法并不能延伸至2D激光雷达和运动机构的外参标定。
[0004]有鉴于此，需要开发一种直线运动机构上2D激光雷达的外参标定方法来解决上述技术问题，使得在2D激光雷达坐标轴的平行性无法保障时，也能获取到高精度的点云地图。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种直线运动机构上2D激光雷达的外参标定方法。解决现有的外参标定方法并不能延伸至2D激光雷达和运动机构的外参标定等问题。
[0006]为解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种直线运动机构上2D激光雷达的外参标定方法，包括如下步骤：S1、将标志物设于固定平面上，然后获取2D激光雷达在跟随直线运动机构运动过程中扫描在固定平面和标志物上的点云信息；S2、根据所述点云信息，以直线运动机构的坐标系为基准，对2D激光雷达分别绕x轴、y轴和z轴的旋转角度进行标定；S3、对2D激光雷达相对于直线运动机构坐标系平移值进行标定；S4、通过步骤S2中的旋转角度公式得到2D激光雷达坐标系在直线运动机构坐标系的旋转矩阵R，根据平移值t、旋转矩阵R得到2D激光雷达坐标系在直线运动机构坐标系的外参矩阵T。
[0007]进一步地，步骤S3中，所述标定的具体方法如下：获取标志物中心在世界坐标系的位置，然后移动直线运动机构，将直线运动的位置叠加到进行了标定的x、y和z坐标
值上作为2D激光雷达点云坐标新的x、y和z坐标值，之后将点云进行拼接得到固定平面和标志物的3D点云图，接着提取3D点云图中标志物顶面中心在3D点云坐标系的坐标，最后得到2D激光雷达坐标系相对于直线运动机构坐标系平移值。
[0008]更进一步地，所述标志物中心在世界坐标系的位置通过直线运动机构上的编码器获得。
[0009]进一步地，步骤S1中，所述直线运动机构包括第一直线运动机构、第二直线运动机构和第三直线运动机构，所述第一直线运动机构安装在固定平面上，所述第二直线运动机构水平、可滑动地安装在所述第一直线运动机构上，并与所述固定平面平行，所述第二直线运动机构一侧安装有2D激光雷达，所述第三直线运动机构竖直、可上下移动地固定在所述第二直线运动机构的底部，所述标志物位于所述第三直线运动机构的下方。
[0010]更进一步地，步骤S2中，所述2D激光雷达绕x轴旋转角度标定如下：获取2D激光雷达在固定平面上角度对称的点云信息的两个端点坐标，记为和，计算出2D激光雷达绕x轴的旋转角度，从而得到旋转矩阵；最后通过坐标变换，将2D激光雷达的点云补偿对应的旋转角度。
[0011]更进一步地，步骤S2中，所述2D激光雷达绕y轴旋转角度标定如下：获取标志物的尺寸，第二直线运动机构在移动的过程中，2D激光雷达扫描标志物，获得点云图中标志物顶面的z值与固定平面z值的差和实际标志物的高度h，计算出2D激光雷达绕y轴的旋转角度，从而得到旋转矩阵，最后通过坐标变换，将2D激光雷达的点云补偿对应的旋转角度。
[0012]更进一步地，步骤S2中，所述2D激光雷达绕z轴旋转角度标定如下：获取标志物的尺寸，第二直线运动机构在移动的过程中，2D激光雷达扫描标志物，获得的点云的两端点距离d作为标志物的长度，记录多组第二直线运动机构的位置和标志物的长度，利用最小二乘优化拟合得到和的斜率关系k，计算出2D激光雷达绕z轴的旋转角度，从而得到旋转矩阵，最后通过坐标变换，将2D激光雷达的点云补偿对应的旋转角度。
[0013]更进一步地，所述第二直线运动机构的位置通过编码器或光栅尺获得。
[0014]进一步地，步骤S4中，所述旋转矩阵为，所述外参矩阵为。
[0015]进一步地，所述直线运动机构为码头的岸桥、RTG或者桁车。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术提出了一种新的2D激光雷达和运动机构的外参标定方法，通过2D激光雷达
在跟随直线运动机构运动过程中扫描在固定平面和标志物上的点云信息，以直线运动机构的坐标系为基准，对2D激光雷达分别绕x轴、y轴和z轴的旋转角度进行标定，同时对2D激光雷达相对于直线运动机构坐标系平移值进行标定，最后得到2D激光雷达坐标系在直线运动机构坐标系的外参矩阵T；以此来构建大场景的高精度点云地图。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本专利技术直线运动机构上2D激光雷达的外参标定方法流程图；图2为本专利技术2D激光雷达工作场景示意图；图3为本专利技术2D激光雷达绕x轴转动的标定示意图；图4为本专利技术2D激光雷达绕y轴转动的标定示意图；图5为本专利技术2D激光雷达绕z轴转动的标定示意图。
具体实施方式
[0019]下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]请参阅图2，本专利技术所述直线运动机构上2D激光雷达的外参标定工作场景如下：所述直线运动机构包括第一直线运动机构、第二直线运动机构和第三直线运动机构，所述第一直线运动机构安装在固定平面上，所述第二直线运动机构水平、可滑动地安装在所述第一直线运动机构上，并与所述固定平面平行，所述第二直线运动机构一侧安装有2D激光雷达，所述第三直线运动机构竖直、可上下移动地固定在所述第二直线运动机构的底部，所述标志物位于所述第三直线运动机构的下方。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直线运动机构上2D激光雷达的外参标定方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将标志物设于固定平面上，然后获取2D激光雷达在跟随直线运动机构运动过程中扫描在固定平面和标志物上的点云信息；S2、根据所述点云信息，以直线运动机构的坐标系为基准，对2D激光雷达分别绕x轴、y轴和z轴的旋转角度进行标定；S3、对2D激光雷达相对于直线运动机构坐标系平移值进行标定；S4、通过步骤S2中的旋转角度公式得到2D激光雷达坐标系在直线运动机构坐标系的旋转矩阵R，根据平移值t、旋转矩阵R得到2D激光雷达坐标系在直线运动机构坐标系的外参矩阵T。2.根据权利要求1所述的直线运动机构上2D激光雷达的外参标定方法，其特征在于，步骤S3中，所述标定的具体方法如下：获取标志物中心在世界坐标系的位置，然后移动直线运动机构，将直线运动的位置叠加到进行了标定的x、y和z坐标值上作为2D激光雷达点云坐标新的x、y和z坐标值，之后将点云进行拼接得到固定平面和标志物的3D点云图，接着提取3D点云图中标志物顶面中心在3D点云坐标系的坐标，最后得到2D激光雷达坐标系相对于直线运动机构坐标系平移值。3.根据权利要求2所述的直线运动机构上2D激光雷达的外参标定方法，其特征在于，所述标志物中心在世界坐标系的位置通过直线运动机构上的编码器获得。4.根据权利要求1所述的直线运动机构上2D激光雷达的外参标定方法，其特征在于，步骤S1中，所述直线运动机构包括第一直线运动机构、第二直线运动机构和第三直线运动机构，所述第一直线运动机构安装在固定平面上，所述第二直线运动机构水平、可滑动地安装在所述第一直线运动机构上，并与所述固定平面平行，所述第二直线运动机构一侧安装有2D激光雷达，所述第三直线运动机构竖直、可上下移动地固定在所述第二直线运动机构的底部，所述标志物位于所述第三直线运动机构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：江子奔，国正，
申请(专利权)人：聚时科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：