【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种快速运动下的激光点云去畸变方法、设备及存储介质，属于激光雷达数据处理。
技术介绍
1、随着无人机技术的快速发展，无人机在航拍、测绘、搜救等方面得到广泛应用。然而，在高速飞行中，由于运动引起的振动、加速度和姿态变化等因素会导致激光雷达采集的点云数据产生扭曲和偏移。针对激光雷达获取的点云数据，通过使用惯性测量单元(inertial measurement unit，imu)信息对其进行旋转去畸变和位移去畸变，提高数据的准确性和可用性。
2、惯性测量单元是一种能够测量和记录机体加速度和角速度的传感器，能够实时获取无人机的姿态和加速度信息，这些信息是理解无人机运动状态的关键，将imu信息融合到激光雷达数据处理流程中，可以在一定程度上补偿激光雷达数据的畸变。旋转去畸变主要是针对飞行中产生的姿态变化，通过imu提供的姿态信息对点云数据进行相应旋转的修正。位移去畸变则主要针对飞行中的非线性位移，通过imu提供的加速度信息对点云数据进行非线性运动的矫正。这两者的结合可以更全面地补偿激光雷达数据的畸变效应。
3、目前对于激光雷达点云数据去畸变已经有了很多的研究。主流的激光点云去畸变方法基于多传感器融合和特征匹配，不仅计算复杂度高，而且在快速运动下鲁棒性差。对于无人机的快速运动，如果没有imu辅助或者对imu数据处理不当，就会导致激光点云畸变严重，积分漂移明显。
4、现有技术中仅利用imu原始输出数据来辅助激光点云去畸变，但是在快速运动下，如果不对imu数据进一步的处理，会导致误差累积以及积分漂
技术实现思路
1、目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种快速运动下的激光点云去畸变方法、设备及存储介质，旨在深入分析使用惯性测量单元(imu)信息进行点云去畸变的技术，本专利技术提供的激光点云去畸变方法能够解决无人机在快速运动情况下，激光点云地图产生畸变的问题，以提高无人机导航、环境建模和障碍物避障等任务的准确性，为无人机系统的精确感知、智能导航和环境理解提供重要支持。本专利技术不仅提升了无人机的性能水平，也推动了无人机在各种应用领域的广泛应用。
2、技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
3、第一方面，一种快速运动下的激光点云去畸变方法，包括如下步骤：
4、步骤1：获取imu数据，从imu传感器中获取无人机k时刻在x，y，z三个方向上的加速度测量值和角速度测量值。
5、步骤2：根据无人机k时刻在x，y，z三个方向上的加速度测量值和角速度测量值计算无人机k时刻在x，y，z三个方向上的加速度真实值和角速度真实值。
6、步骤3：获取激光雷达的时间戳序列，根据激光雷达的时间戳序列找出imu传感器时间戳序列的缺值，根据缺值前、后时间戳对应的加速度真实值和角速度真实值计算同步后的加速度真实值和角速度真实值。
7、步骤4：获取无人机k时刻在世界坐标系下的速度量，旋转量，根据同步后的加速度真实值和角速度真实值，计算无人机k时刻至k+1时刻在世界坐标系下的速度量增量，旋转量增量。
8、步骤5：根据无人机k时刻至k+1时刻在世界坐标系下的速度量增量，对第k时刻激光雷达观测到的点云数据进行线性运动去畸变。
9、作为优选方案，还包括：步骤6：根据无人机k时刻至k+1时刻在世界坐标系下的旋转量增量，对第k时刻激光雷达观测到的点云数据进行旋转去畸变。
10、作为优选方案，所述加速度真实值和角速度真实值的计算公式如下：
11、
12、
13、其中，gw是世界坐标系下的重力加速度，是从imu坐标系到世界坐标系的旋转矩阵，和分别是k时刻加速度计和陀螺仪的偏置，nα是加速度计服从高斯分布的白噪声，nω是陀螺仪服从高斯分布的白噪声。
14、作为优选方案，所述同步后的加速度真实值计算公式如下：
15、
16、其中，分别表示同步后的t时刻在x，y，z三个方向上的加速度真实值。表示t-1时刻在x，y，z三个方向上的加速度真实值。αxt+1、表示t+1时刻在x，y，z三个方向上的加速度真实值。tl表示t时刻对应的时间值，ti1表示t-1时刻对应的时间值，ti2表示t+1时刻对应的时间值。
17、所述同步后的角速度真实值计算公式如下：
18、
19、其中，分别表示同步后的t时刻在x，y，z三个方向上的角速度真实值。表示t-1时刻在x，y，z三个方向上的角速度真实值。表示t+1时刻在x，y，z三个方向上的角速度真实值。tl表示t时刻对应的时间值，ti1表示t-1时刻对应的时间值，ti2表示t+1时刻对应的时间值。
20、作为优选方案，所述步骤4，具体包括：
21、步骤4.1：根据无人机k时刻在世界坐标系下x轴方向的速度量旋转量以及同步后的t时刻在x方向上的加速度真实值角速度真实值计算无人机k+1时刻在世界坐标系下x轴方向的速度量旋转量
22、速度量旋转量计算公式如下：
23、
24、其中，表示t时刻相对于k时刻的x方向上的旋转量，表示张量积运算。
25、式中，
26、其中，(*)^表示*的逆矩阵，(*)t表示*的转置矩阵。
27、步骤4.2：根据无人机k+1时刻在世界坐标系下x轴方向的速度量旋转量计算公式，在计算公式两边同时左乘得到无人机k时刻至k+1时刻在世界坐标系下的x轴方向的速度量增量旋转量增量
28、速度量增量旋转量增量计算公式如下：
29、
30、其中，表示在k时刻相对于世界坐标系下的x轴方向变量转换到相对于k+1时刻的速度量增量的旋转矩阵，表示在k时刻相对于世界坐标系下的x轴方向变量转换到相对于t时刻的速度量增量的旋转矩阵。
31、同理，无人机k时刻至k+1时刻在世界坐标系下的y轴方向的速度量增量旋转量增量计算公式如下：
32、
33、其中，表示在k时刻相对于世界坐标系下的y轴方向变量转换到相对于t时刻的速度量增量的旋转矩阵，表示t时刻相对于k时刻的y方向上的旋转量。
34、无人机k时刻至k+1时刻在世界坐标系下的z轴方向的速度量增量旋转量增量计算公式如下：
35、
36、其中，表示在k时刻相对于世界坐标系下的z轴方向变量转换到相对于t时刻的速度量增量的旋转矩阵，表示t时刻相对于k时刻的z方向上的旋转量。
37、作为优选方案，所述步骤5，具体包括：
38、步骤5.1：获取无人机第k时刻激光雷达观测到的点云数据pl，将点云数据pl从激光雷达坐标系转换到世界坐标系，得到点云数据pl′。
39、步骤5.2：根据无人机k时刻至k+1时刻在世界坐标系下的x轴方向的速度量增量以及无人机k时刻点云数据pl′的第i个点云pi′在x轴方向的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种快速运动下的激光点云去畸变方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种快速运动下的激光点云去畸变方法，其特征在于：还包括：步骤6：根据无人机k时刻至k+1时刻在世界坐标系下的旋转量增量，对第k时刻激光雷达观测到的点云数据进行旋转去畸变。
3.根据权利要求1或2所述的一种快速运动下的激光点云去畸变方法，其特征在于：所述加速度真实值和角速度真实值的计算公式如下：
4.根据权利要求1或2所述的一种快速运动下的激光点云去畸变方法，其特征在于：所述同步后的加速度真实值计算公式如下：
5.根据权利要求1或2所述的一种快速运动下的激光点云去畸变方法，其特征在于：所述步骤4，具体包括：
6.根据权利要求5所述的一种快速运动下的激光点云去畸变方法，其特征在于：所述步骤5，具体包括：
7.根据权利要求5所述的一种快速运动下的激光点云去畸变方法，其特征在于：所述步骤6，具体包括：
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于：其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-7中任
9.一种计算机设备，其特征在于：包括：
...【技术特征摘要】
1.一种快速运动下的激光点云去畸变方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种快速运动下的激光点云去畸变方法，其特征在于：还包括：步骤6：根据无人机k时刻至k+1时刻在世界坐标系下的旋转量增量，对第k时刻激光雷达观测到的点云数据进行旋转去畸变。
3.根据权利要求1或2所述的一种快速运动下的激光点云去畸变方法，其特征在于：所述加速度真实值和角速度真实值的计算公式如下：
4.根据权利要求1或2所述的一种快速运动下的激光点云去畸变方法，其特征在于：所述同步后的加速度真实值计算公式如下：
...【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟，王煜，曾豪霆，张小瑞，叶健峰，郭邦祺，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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