CN110333503B - 激光雷达的标定方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种激光雷达的标定方法、装置及电子设备，其中，该方法包括：获取第一激光雷达和第二激光雷达对治具进行分别测量而得到的第一点云数据和第二点云数据；根据第一点云数据和第二点云数据分别拟合出所述治具的多个第一参考平面和第二参考平面；根据多个所述第一参考平面上的多个点到对应的第二参考平面的距离，确定所述第一激光雷达相对于第二激光雷达的旋转和/或平移的位置标定关系。本发明实施例利用有多个平面的治具进行两个激光雷达的相对位置关系的标定，根据其中一个激光雷达测得的平面上的点到另一个激光雷达测得的平面的距离，来确定相对位置关系，从而实现了对激光雷达的静态标定，提高了标定的便捷性。

Description

激光雷达的标定方法、装置及电子设备

技术领域

本申请涉及一种激光雷达的标定方法、装置及电子设备，属于计算机技术领域。

背景技术

激光雷达作为一种距离测量设备，可以实时测量环境中物体到激光本身的距离，是无人驾驶领域不可或缺的传感器。鉴于越来越多的设备或者***中，会同时使用多个位置相对固定的激光雷达，而每个激光雷达都有各自的坐标系，即各个激光雷达所测量的位置数据是基于其自身的坐标系的。为了能够将多个激光雷达的位置数据进行统一，就需要对各个激光雷达之间的相对位置关系进行标定，从而能够综合利用多个激光雷达的测量数据。现有技术中针对激光雷达的标定，一般采用动态的标定方式，即需要移动激光雷达或者标定的参照物，这样的方式对于激光雷达的标定处理极为不便。

发明内容

本发明实施例提供一种激光雷达的标定方法、装置及电子设备，以实现对激光雷达进行静态标定。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种激光雷达的标定方法，包括：

获取第一激光雷达和第二激光雷达对治具进行分别测量而得到的第一点云数据和第二点云数据；

根据第一点云数据和第二点云数据分别拟合出所述治具的多个第一参考平面和第二参考平面；

根据多个所述第一参考平面上的多个点到对应的第二参考平面的距离，确定所述第一激光雷达相对于第二激光雷达的旋转和/或平移的位置标定关系。

本发明实施例还提供了一种激光雷达的标定装置，包括：

点云数据获取模块，用于获取第一激光雷达和第二激光雷达对治具进行分别测量而得到的第一点云数据和第二点云数据；

平面拟合模块，用于根据第一点云数据和第二点云数据分别拟合出所述治具的多个第一参考平面和第二参考平面；

位置标定关系处理模块，用于根据多个所述第一参考平面上的多个点到对应的第二参考平面的距离，确定所述第一激光雷达相对于第二激光雷达的旋转和/或平移的位置标定关系。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：

存储器，用于存储程序；

处理器，用于运行所述存储器中存储的所述程序，以执行前述的激光雷达的标定方法。

本发明实施例中，利用有多个平面的治具进行两个激光雷达的相对位置关系的标定，根据其中一个激光雷达测得的平面上的点到另一个激光雷达测得的平面的距离，来确定相对位置关系，从而实现了对激光雷达的静态标定，提高了标定的便捷性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为发明实施例的本发明实施例的激光雷达的标定方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的应用场景示意图；

图3为本发明实施例的激光雷达的标定装置的结构示意图；

图4为本发明实施例的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面通过一些具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。

在发明实施例中，激光雷达的标定处理就是要获取各个激光雷达之间的相对的旋转和/或平移的相对位置关系，从而进行各个激光雷达所测量到的位置数据的相互转换。

现有技术中针对激光雷达的标定，一般采用动态的标定方式，这种方式需要移动激光雷达或者标定参照物，这样的方式对于激光雷达的标定处理极为不便。在本发明实施例中，提出了一种静态的标定方式，不需要移动激光雷达或者标定的参照物，在静态下完成激光雷达的相对位置的标定。

本发明实施例的激光雷达的标定方法，可以实现两个激光雷达之间的静态标定，即标定出其中一个激光雷达相对于另一个激光雷达的旋转和/或平移的相对位置关系。为了便于描述，将其中一个作为位置基准的激光雷达称作第二激光雷达，而将另一个激光雷达称作第一激光雷达。需要说明的是，在针对两个激光雷达的标定处理中，可以以任意一个激光雷达作为第二激光雷达或者第一激光雷达。

实施例一

如图1所示，其为发明实施例的本发明实施例的激光雷达的标定方法的流程示意图，激光雷达的标定方法主要包括：

S101：获取第一激光雷达和第二激光雷达对治具进行分别测量而得到的第一点云数据和第二点云数据。其中，这里的第一点云数据和第二点云数据均以第一激光雷达和第二激光雷达各自的坐标系为基准的。这里所说的治具是作为标定参照物而使用的，治具可以包括多个平面，从而形成多个标定测量基准。对于希望标定出两个激光雷达的旋转和平移的位置关系的情形，治具可以包含至少三个相互成预设角度的，预设角度优选为相互垂直。此外，治具可以采用多个，围绕第一激光雷达和第二激光雷达排列，从而从多个角度和方向来提供用于标定的测量数据，使得激光雷达间的标定对各个方向的测量都能较好地适用。

S102：根据第一点云数据和第二点云数据分别拟合出治具的多个第一参考平面和第二参考平面。具体地，可以根据大量的点云数据拟合出第一参考平面和第二参考平面的平面方程。

S103：根据多个第一参考平面上的多个点到对应的第二参考平面的距离，确定第一激光雷达相对于第二激光雷达的旋转和/或平移的位置标定关系。这里所说的对应的第二参考平面是指针对治具的同一个平面进行测量而拟合出的参考平面。第一激光雷达对治具的某个平面所测量的多个点与第二激光雷达对同一平面测量后拟合出的第二参考平面，实际上应该是在同一平面上，只是由于坐标系的不同而存在数值上的差异，因此，通过计算第一参考平面上的多个点到对应的第二参考平面的距离，就可以获取到激光雷达之间的相对位置关系。

进一步地，为了使得两个激光雷达之间的相对位置关系标定的更加准确，该步骤可以具体包括：

S1031：计算多个第一参考平面上的多个点到对应的多个第二参考平面的距离；

S1032：利用迭代优化算法，确定出第一激光雷达和第二激光雷达的旋转平移矩阵，使得多个第一参考平面上的多个点到对应的第二参考平面的距离之和最小。在该距离之和最小的情况下，说明在各个方向和角度来说，两个坐标系之间的相对位置标定的偏差最小，从而能够获得较为精确的标定结果。

以上介绍了针对两个激光雷达进行相对位置标定的处理方法，实际上，基于上述方法可以对多个激光雷达进行标定，其原理也是将多个激光雷达之间的标定按照两两标定进行处理。具体地，上述方法还可以包括针对上述两个以外的第三激光雷达的标定处理：

获取第三激光雷达对治具进行分别测量而得到的第三点云数据；

根据第三点云数据拟合出治具的多个第三参考平面；

根据多个第三参考平面上的多个点到对应的第二参考平面的距离，确定第三激光雷达相对于第二激光雷达的旋转和/或平移的位置标定关系。

上述针对第三激光雷达的标定处理可以参照前面针对第一激光雷达的标定处理，其原理是相同的。上述示例都是以第二激光雷达作为基准的标定处理，从而将多个激光雷达的标定数据进行坐标系的统一。当然，在针对第三激光雷达的标定处理中，也可以以已经标定好的第一激光雷达作为基准，进行标定处理，然后再基于第一激光雷达和第二激光雷达之间的标定关系，来计算出为以第二激光雷达作为基准的标定数据。

下面以一个实际的应用示例来进一步说明本发明的实施方式。

如图2所示，其为本发明实施例的应用场景示意图。如图中所示场景，其包括四个治具(治具1至4)，以及两个相对位置固定的激光雷达5和6，待标定的两个激光雷达大致放置于四个治具的中心位置处，每个治具包括三个相互垂直的平面，四个治具总共形成十二个平面。在图2所示的应用场景中，以激光雷达5作为标定的基准，希望计算出激光雷达6相对于激光雷达5的相对位置关系。即激光雷达5对应于上述的第二激光雷达，激光雷达6对应于上述的第一激光雷达。

如图中所示，将两个激光雷达5和6置于图中所示位置，两个激光雷达5和6分别向周围发出激光对周围环境进行探测，并采集点云数据。

在激光雷达5的点云数据中，提取每个治具的三个平面的点云数据，并拟合出平面方程，如图2所示的场景，针对四个治具，总共可以拟合出十二个平面。

在激光雷达6的点云数据中，提取每个治具的3个平面，并拟合出平面方程，同理，也可以提取到十二个平面，并获取这十二个平面上的点。

计算激光雷达6的点云数据中平面上的点到激光雷达5的点云数据中对应平面的距离，这里用dist_i表示，其中的i代表点的个数，并计算计算出的所有距离之和，这里用sum(dist_i)表示。

全部距离之和sum(dist_i)会随着激光雷达5和6之间的旋转平移关系的变化而变化。因此，使用迭代优化的方法找到一个旋转平移关系使得sum(dist_i)最小。该计算处理可以描述为下式：

(r，t)＝Arg Min Sum(dist_i)……………………………式(1)

该式中，r为三维的旋转向量，t是三维的平移向量，r和t的组合代表了激光雷达5和6之间的旋转平移关系，Arg Min的含义为使后面的Sum(dist_i)函数值最小的时候的输出，即求得Sum(dist_i)最小时的(r，t)。如前面所介绍的，dist_i为激光雷达6的点云数据中平面上的点到激光雷达5的点云数据中对应平面的距离，那么相应求得的(r，t)表示的是激光雷达6到激光雷达5的旋转平移关系，即以激光雷达5为基准，通过(r，t)能够将激光雷达6坐标系中的坐标值转换为激光雷达5坐标系中的坐标值，该(r，t)也就是本发明实施例中要获得的两个激光雷达的位置标定关系。(r，t)也可以表示为旋转平移矩阵的形态。

此外，上述的激光雷达6的点云数据中平面上的点到激光雷达5的点云数据中对应平面的距离可以采用如下公式计算：

其中，(x_i,y_i,z_i)为激光雷达6的点云数据中平面上的点坐标，A_kX+B_kY+C_kZ+D_k＝0为激光雷达6的点云数据中对应的平面方程，式中的X、Y、Z表示拟合出的平面方程中的三维点坐标变量。

本发明实施例中，利用有多个平面的治具进行两个激光雷达的相对位置关系的标定，根据其中一个激光雷达测得的平面上的点到另一个激光雷达测得的平面的距离，来确定相对位置关系，从而实现了对激光雷达的静态标定，提高了标定的便捷性。另外，通过采用多个治具进行多个方向和点云数据的采集，并利用迭代优化的方式，找到一个旋转平移矩阵，使得其中一个激光雷达测得的多个平面上的多个点到另一个激光雷达测得的对应的多个平面的距离之和最小，从而能够获得的较为准确并且更好地适应多个方向测量的旋转平移矩阵。

实施例二

如图3所示，其为本发明实施例的激光雷达的标定装置的结构示意图，该装置包括点云数据获取模块11、平面拟合模块12以及位置标定关系处理模块13。

点云数据获取模块11，用于获取第一激光雷达和第二激光雷达对治具进行分别测量而得到的第一点云数据和第二点云数据。其中，治具为多个，围绕第一激光雷达和第二激光雷达排列。

平面拟合模块12，用于根据第一点云数据和第二点云数据分别拟合出治具的多个第一参考平面和第二参考平面。

位置标定关系处理模块13，用于根据多个第一参考平面上的多个点到对应的第二参考平面的距离，确定第一激光雷达相对于第二激光雷达的旋转和/或平移的位置标定关系。

其中，上述的治具包括相互成预设角度的至少三个平面，在位置标定关系处理模块13中的处理可以具体包括：计算多个第一参考平面上的多个点到对应的多个第二参考平面的距离；利用迭代优化算法，确定出第一激光雷达和第二激光雷达的旋转平移矩阵，使得多个第一参考平面上的多个点到对应的第二参考平面的距离之和最小。

其中，计算多个第一参考平面上的多个点到对应的多个第二参考平面的距离可以包括：根据多个点的坐标和拟合出的对应的第二参考平面的平面方程，计算多个点到第二参考平面的距离。具体距离计算方式可以参考上述的式(2)。

实施例三

前面实施例描述了激光雷达的标定方法的流程处理及标定装置的结构，上述的方法和装置的功能可借助一种电子设备实现完成，如图4所示，其为本发明实施例的电子设备的结构示意图，具体包括：存储器110和处理器120。

存储器110，用于存储程序。

除上述程序之外，存储器110还可被配置为存储其它各种数据以支持在电子设备上的操作。这些数据的示例包括用于在电子设备上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。

存储器110可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

处理器120，耦合至存储器110，用于执行存储器110中的程序，以执行前述实施例中所描述的激光雷达的标定方法的操作步骤。

此外，处理器120也可以包括前述实施例所描述的各种模块以执行激光雷达标定的处理，并且存储器110可以例如用于存储这些模块执行操作所需要的数据和/或所输出的数据。

对于上述处理过程具体说明、技术原理详细说明以及技术效果详细分析在前面实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。

进一步，如图所示，电子设备还可以包括：通信组件130、电源组件140、音频组件150、显示器160等其它组件。图中仅示意性给出部分组件，并不意味着电子设备只包括图中所示组件。

通信组件130被配置为便于电子设备和其他设备之间有线或无线方式的通信。电子设备可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G或3G，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件130经由广播信道接收来自外部广播管理***的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，通信组件130还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。

电源组件140，为电子设备的各种组件提供电力。电源组件140可以包括电源管理***，一个或多个电源，及其他与为电子设备生成、管理和分配电力相关联的组件。

音频组件150被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件150包括一个麦克风(MIC)，当电子设备处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器110或经由通信组件130发送。在一些实施例中，音频组件150还包括一个扬声器，用于输出音频信号。

显示器160包括屏幕，其屏幕可以包括液晶显示器(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种激光雷达的标定方法，包括：

获取第一激光雷达和第二激光雷达对治具进行分别测量而得到的第一点云数据和第二点云数据；

根据第一点云数据和第二点云数据分别拟合出所述治具的多个第一参考平面和第二参考平面；

根据多个所述第一参考平面上的多个点到对应的第二参考平面的距离，确定所述第一激光雷达相对于第二激光雷达的旋转和/或平移的位置标定关系，其中，所述第一参考平面与所述对应的第二参考平面是针对所述治具的同一个平面进行测量而拟合出的参考平面。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述治具包括相互成预设角度的至少三个平面，

根据所述第一参考平面上的多个点到对应的第二参考平面的距离，确定所述第一激光雷达相对于第二激光雷达的旋转和/或平移的位置标定关系包括：

计算多个所述第一参考平面上的多个点到对应的多个所述第二参考平面的距离；

利用迭代优化算法，确定出第一激光雷达和第二激光雷达的旋转平移矩阵，使得多个所述第一参考平面上的多个点到对应的第二参考平面的距离之和最小。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，计算多个所述第一参考平面上的多个点到对应的多个所述第二参考平面的距离包括：

根据所述多个点的坐标和拟合出的对应的所述第二参考平面的平面方程，计算所述多个点到所述第二参考平面的距离。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述治具为多个，围绕所述第一激光雷达和所述第二激光雷达排列。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，还包括：

获取第三激光雷达对治具进行分别测量而得到的第三点云数据；

根据所述第三点云数据拟合出所述治具的多个第三参考平面；

根据多个所述第三参考平面上的多个点到对应的第二参考平面的距离，确定所述第三激光雷达相对于第二激光雷达的旋转和/或平移的位置标定关系。

6.一种激光雷达的标定装置，包括：

点云数据获取模块，用于获取第一激光雷达和第二激光雷达对治具进行分别测量而得到的第一点云数据和第二点云数据；

平面拟合模块，用于根据第一点云数据和第二点云数据分别拟合出所述治具的多个第一参考平面和第二参考平面；

位置标定关系处理模块，用于根据多个所述第一参考平面上的多个点到对应的第二参考平面的距离，确定所述第一激光雷达相对于第二激光雷达的旋转和/或平移的位置标定关系，其中，所述第一参考平面与所述对应的第二参考平面是针对所述治具的同一个平面进行测量而拟合出的参考平面。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述治具包括相互成预设角度的至少三个平面，

根据所述第一参考平面上的多个点到对应的第二参考平面的距离，确定所述第一激光雷达相对于第二激光雷达的旋转和/或平移的位置标定关系包括：

计算多个所述第一参考平面上的多个点到对应的多个所述第二参考平面的距离；

利用迭代优化算法，确定出第一激光雷达和第二激光雷达的旋转平移矩阵，使得多个所述第一参考平面上的多个点到对应的第二参考平面的距离之和最小。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，计算多个所述第一参考平面上的多个点到对应的多个所述第二参考平面的距离包括：

根据所述多个点的坐标和拟合出的对应的所述第二参考平面的平面方程，计算所述多个点到所述第二参考平面的距离。

9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述治具为多个，围绕所述第一激光雷达和所述第二激光雷达排列。

10.一种电子设备，包括：

存储器，用于存储程序；

处理器，用于运行所述存储器中存储的所述程序，以执行权利要求1至5任一所述的激光雷达的标定方法。

Images