CN105511468B - 一种激光雷达与线结构光视觉***的光束二重反射判别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光雷达与线结构光视觉***的光束二重反射判别方法，属于机器人或无人车技术领域。本发明将激光雷达与线结构视觉***信息进行融合，对同一位置处的激光雷达障碍特征量与线结构光***中的障碍特征量进行对比与印证，当激光雷达与线结构光视觉***至少有一者发生光束二重反射时，且反射距离较远时，利用两者信息的矛盾与冲突来实现对两者光束二重反射的有效判别。
Description
技术领域
本发明涉及机器人或无人车技术领域，具体涉及一种激光雷达与线结构光视觉***的光束二重反射判别方法。
背景技术
激光雷达作为一种主动测距传感器,因其分辨能力强、测距精度高、实时性能较好等优点被广泛应用于机器人与无人车障碍物检测中；线结构光视觉***由于具有主动可控、能够获取物体三维信息、计算简单、实时性好的优点，也正逐渐用于机器人或无人车或障碍物检测中。复杂地面环境中，激光雷达与线结构光***的光束都可能会发生二重反射现象，此时激光雷达线结构光***将会获取错误信息，由该错误数据解算出的障碍物信息将可能直接导致虚警与误判的发生。因此，激光雷达与线结构光视觉***的光束二重反射是否能够有效地判别将直接影响障碍物检测的准确性与有效性。
目前，受检测原理的限制，仅靠激光雷达与线结构视觉***自身，不能进行二重反射的准确有效判别；且两者难以通过与障碍物检测中常用的毫米波雷达、单目视觉、双摄像机组成的立体视觉等传感器或***的信息融合进行有效的判别。目前，国内外研究学者还没有提出一种有效的方法来对激光雷达与线结构光视觉***的二重反射现象进行判别。因此，如何设计一种有效的激光雷达与线结构光视觉***的光束二重反射判别方法是需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是设计一种激光雷达与线结构光视觉***的光束二重反射判别方法，实现对激光雷达与线结构光视觉***光束的二重反射现象进行有效判别。
技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种激光雷达与线结构光视觉***的光束二重反射判别方法，其包括以下步骤：
步骤一，建立坐标系
OW-XWYWZW为世界坐标系，OW为坐标原点，XW指向机器人或无人车前进的方向，YW垂直于XW，ZW垂直于OW-XWYW平面，指向上方；OL为激光雷达，O′L为线结构光视觉***中的线激光投射装置，Oc为线结构光视觉***中的摄像机，假设不发生光束二重反射时，激光雷达与线结构光应扫至位置A处；
步骤二，获取光束实际扫射位置信息
由于现实中两者的扫描位置不可能完全重合，设其分别扫至位置A处的附近位置A1和A2处，激光雷达获取A1处的对应雷达类线结构光视觉***获取A2处的对应线结构光条中心线线段将其作为位置A处的对应雷达类和线结构光条中心线线段
步骤三：二重反射判别
将雷达类和线结构光条中心线线段的障碍特征量进行对比与印证，当激光雷达与线结构光视觉***至少有一着发生光束二重反射时，且反射距离较远时，两者之间信息将会发生矛盾，依据此矛盾信息对两者光束二重反射进行有效判别。
则当与中表征A处待观测目标的信息同时满足式(1)～(3)三式时，***判别激光雷达与线结构光视觉***至少有一者发生了光束的二重发射，即：
其中，XT为***设定激光雷达与线结构视觉***在沿车体行进方向上差异的阈值；HT为***设定两者在高度上差异的阈值。
有益成果
该方法通过激光雷达与线结构光视觉***的信息融合，能够对两者光束的二重反射进行有效判别。
附图说明
图1为激光雷达与线结构光视觉***的光束二重反射示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，OW-XWYWZW为世界坐标系，OW为坐标原点，XW指向机器人或无人车前进的方向，YW垂直于XW，ZW垂直于OW-XWYW平面，指向上方。OL为激光雷达，O′L为线结构光视觉***中的线激光投射装置，Oc为线结构光视觉***中的摄像机，假设不发生光束二重反射时，激光雷达与线结构光应扫至位置A处，由于现实中两者的扫描位置不可能完全重合，设其分别扫至位置A处的附近位置A1和A2处，激光雷达获取A1处的对应雷达类线结构光视觉***获取A2处的对应线结构光条中心线线段将其作为位置A处的对应雷达类和线结构光条中心线线段
设此时激光雷达光束在A1处发生了二重反射扫至了B1位置处。对于采用飞行时间差原理的激光雷达而言，设光束从发射点OL到位置A1的飞行时间为t1；从位置A1到位置B1的飞行时间为t2；从位置B1返回至位置OL的飞行时间为t3。由于三角形两边之和大于第三边，即A1B1+B1OL＞OLA1,OLA1+A1B1＞B1OL可知，2t1＜t1+t2+t3＜2(t1+t2)。其中，2t1为激光雷达扫至位置A1的往返飞行时间，2(t1+t2)为激光雷达扫至位置B1的往返飞行时间，因此，此时激光雷达通过计算会认为其扫至了位置C处，即获取了错误的雷达数据，尤其当A1C较大时，雷达将会认为前方出现凹障碍物，导致障碍物检测中的虚警发生。
若线结构光在A2位置处也发生了二重反射扫至位置处B2。根据线结构光视觉原理，其将认为自身扫至E处，当A2E较大时，线结构光视觉子***将会认为前方有凸障碍物，导致障碍物检测中的虚警发生。
上述过程表明，当与激光雷达与线结构光在某位置处至少有一者发生光束二重反射，且反射距离较远时，两者信息将会发生矛盾。因此，可依据此矛盾信息来进行激光雷达与线结构光视觉***的光束二重反射判别。
其中，XT为***设定激光雷达与线结构视觉***在沿车体行进方向上差异的阈值，可根据激光雷达与线结构视觉***重合调校的精度、车体行驶速度以及扫描频率等因素来制定；HT为***设定两者在高度上差异的阈值，设激光雷达与线结构视觉***的安装高度为h，激光雷达与线结构视觉***在沿车体行进方向的扫描距离为d，则假设地面绝对水平，可估算HT为HT≈XT×arctan-1(h/d)，arctan-1(h/d)即为图中估算的α角的最小值。
上述三式中，式(1)表明激光雷达与线结构视觉***在同一位置处获取的的信息在沿车体行进方向上存在较大差异；式(2)表明激光雷达与线结构视觉***在同一位置处获取的目标在高度上存在矛盾与冲突，一个认为该位置是凸出地面，一者认为该位置凹进地面；式(3)进一步表明两者在在同一位置处获取的目标在高度上信息上存在较大差异。
因此，综上所述，***能够通过对应雷达数据类与光条中心线线段的障碍特征量的比对和印证对部分由光束多重反射产生的错误雷达数据和结构光条信息进行判别。当***判定激光雷达与线结构光视觉子***在某位置处至少有一者发生光束多重反射时，***将放弃处理该位置处信息。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种激光雷达与线结构光视觉***的光束二重反射判别方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，建立坐标系
OW-XWYWZW为世界坐标系，OW为坐标原点，XW指向机器人或无人车前进的方向，YW垂直于XW，ZW垂直于OW-XWYW平面，指向上方；OL为激光雷达，O′L为线结构光视觉***中的线激光投射装置，Oc为线结构光视觉***中的摄像机，假设不发生光束二重反射时，激光雷达与线结构光应扫至位置A处；
步骤二，获取光束实际扫射位置信息
由于现实中两者的扫描位置不可能完全重合，设其分别扫至位置A处的附近位置A1和A2处，激光雷达获取A1处的对应雷达类线结构光视觉***获取A2处的对应线结构光条中心线线段将其作为位置A处的对应雷达类和线结构光条中心线线段
步骤三：二重反射判别
将雷达类和线结构光条中心线线段的障碍特征量进行对比与印证，当激光雷达与线结构光视觉***至少有一者发生光束二重反射时，且反射距离较远时，两者之间信息将会发生矛盾，依据此矛盾信息对两者光束二重反射进行有效判别。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三的判别过程为：设用于表征的A处待观测目标的雷达数据类与对应光条中心线线段的障碍特征量分别为与其中，与分别与为与中所有数据点中x坐标的算术平均值，表征了A处待识别目标沿车体行驶方向的平均位置；[yA1,yAn]与[yA1′,yAn′]分别为与中起点与终点的y坐标值，表征了A处待识别目标在车辆行驶区域内沿y方向所处的区间范围；与分别为与中所有数据点中z坐标的算术平均值，表征A处待识别目标平均高度信息；
则当与中表征A处待观测目标的信息同时满足式(1)～(3)三式时，***判别激光雷达与线结构光视觉***至少有一者发生了光束的二重反射，即：
或
其中，XT为***设定激光雷达与线结构视觉***在沿车体行进方向上差异的阈值；HT为***设定两者在高度上差异的阈值。
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