CN113109791B - 一种车载激光雷达标定结果评价***及方法 - Google Patents

一种车载激光雷达标定结果评价***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种车载激光雷达标定结果评价***及方法，包括：用于构建地面坐标系的第一确定装置；设置于地面坐标系中设定的指定位置上是标志物；采集标志物的三维点云信号的激光雷达；确定地面坐标系与载车坐标系变换关系的第二确定装置；信号获取装置获取包含标志物在内的环境三维点云信号；及获取用于评价的激光雷达标定结果；识别装置识别标志物在激光雷达三维点云中的位置；计算装置用于获得标志物在地面坐标系的坐标；评价装置比较标志物在地面坐标系中的设定位置坐标与激光雷达三维点云中识别的标志物在地面坐标系中的坐标的误差，对车载激光雷达标定结果进行评价。本发明大幅减少了车载激光雷达标定结果评价所需要的设备准备时间和成本。

Description

一种车载激光雷达标定结果评价***及方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种车载激光雷达标定结果评价***及方法。
背景技术
随着激光雷达性能的不断进步和成本的逐渐降低，激光雷达的三维点云已经成为了车辆环境感知、定位领域的重要信息载体。车载激光雷达的标定，是保障激光雷达感知到的物体能够真实反映该物体在环境中的位置，从而保障定位精度及车辆行进安全的重要准备工作。传统对激光雷达标定结果进行评价，需要完整进行一次精度至少高一个量级的标定来实现，而此类能够作为评价标准使用的标定方法通常仅限于使用专用标定室，其建造时间及费用成本高昂，使其难以广泛开展。因此，在车载激光雷达的实际使用中，往往在激光雷达标定后不对精度进行评价确认，存在较大安全隐患。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种车载激光雷达标定结果评价***及方法，大幅减少评价设备的准备时间和成本，由此，可以广泛推广激光雷达标定结果的评价，尤其适用于智能车辆车载传感器安装、***调试、保养维修和故障排查等环节。
本发明第一个方面，提供一种车载激光雷达标定结果评价***，包括：
第一确定装置，用于构建地面坐标系；
标志物，所述标志物设置于地面坐标系中设定的指定位置上；
激光雷达，所述激光雷达设置于载车上，用于采集所述标志物的三维点云信号；
第二确定装置，用于确定所述地面坐标系与载车坐标系变换关系；
信号获取装置，用于获取包含设定标志物在内的环境三维点云信号；以及用于获取用于评价的激光雷达标定结果；
识别装置，用于根据所述激光雷达所采集的标志物的三维点云信号识别所述标志物在激光雷达三维点云中的位置，得到所述标志物坐标；
计算装置，用于将所述识别装置得到的标志物坐标，根据所述信号获取装置获取的激光雷达标定结果转换到载车坐标系，然后根据所述第二确定装置确定的地面坐标系与载车坐标系变换关系，获得所述标志物在地面坐标系中的坐标；
评价装置，用于比较所述标志物在地面坐标系中的设定位置坐标与激光雷达三维点云中识别的标志物在地面坐标系中的坐标的误差，对车载激光雷达标定结果进行评价。
优选地，车载激光雷达标定结果评价***包括：
标定结果误差提示装置，用于当设有多个所述标志物设定位置时，在获取多次评价结果后，对多个标志物设定位置的误差进行分析，对标定结果中各空间自由度的精确性分别进行提示。
优选地，所述第一确定装置包括：
两个第一铅锤，所述两个第一铅锤分别设置于载车的首尾中心线上，所述两个第一铅锤用于确定载车车头方向并为径向引导光束提供引导；
设置于所述载车后部的激光水准仪，所述激光水准仪用于产生径向引导光束和法向引导光束，使所述径向引导光束穿过所述两个第一铅锤，通过所述径向引导光束和所述法向引导光束构建地面坐标系。
优选地，所述第二确定装置包括：
激光测距仪，所述激光测距仪设置于所述法向引导光束上，所述激光测距仪用于测量载车后轴到法向引导光束的距离；
反光板，所述反光板垂直设置于载车的后轮轴上，所述反光板用于提供载车后轴垂直方向的反射面积。
优选地，车载激光雷达标定结果评价***包括：标志物设定装置，所述标志物设定装置包括：
设置于地面上的地面标记；
地面标记确定装置，所述地面标记确定装置用于根据地面坐标系确定所述地面标记在地面坐标系中的二维坐标；
高度确定装置，用于确定所述地面标记垂直方向标志物的设定高度；
设置于所述地面标记上的标志物支架，所述标志物支架用于支撑固定所述标志物；
所述标志物支架包括：
用于支撑所述标志物的三脚架，并可通过调节所述三脚架位置及高度，使所述标志物固定到地面坐标系设定的指定位置；
设置于所述三角架中心位置的第二铅锤，所述第二铅锤用于调整所述三脚架位置直到中心与所述地面标记重叠。
优选地，所述激光雷达为非重复扫描式激光雷达；
所述非重复扫描式激光雷达的水平视场角小于180°。
优选地，所述标志物为角反射器。
本发明第二个方面，提供一种车载激光雷达标定结果评价方法，包括：采用上述的车载激光雷达标定结果评价***进行；
按照以下步骤执行：
S1：分析环境地形，确定一平坦区域，并在所述平坦区域内停泊载车；
S2：在所述载车首尾两端的水平中心线上分别固定第一铅锤，使两个所述第一铅锤自然下垂至接近地面后保持静止；
S3：在所述载车后方设置激光水准仪，调节所述激光水准仪位置直到其发射的一条径向引导光束穿过所述车首尾两端的所述铅锤，同时对应的一条法向引导光束与所述载车的后轴平行,根据所述径向引导光束和所述法向引导光束构建地面坐标系；
S4：在所述法向引导光束上设置激光测距仪，在所述载车的后轴位置垂直设置反光板，测量所述法向引导光束到所述载车后轴的水平距离；
S5：根据S4测量的水平距离计算所述地面坐标系与载车坐标系的变换关系；
S6：根据所述地面坐标系，确定至少一个标志物的安放位置及高度；
S7：在S6确定的安放位置上放置标志物支架，并调节所述标志物支架位置使所述标志物支架中心的第二铅锤和所述标志物安放位置重叠；
S8：调节所述标志物高度，使其与设定高度一致；
S9：接收所述激光雷达与所述载车之间的标定结果，根据标定结果以及所述地面坐标系到载车坐标系的变换关系，获得所述激光雷达到所述地面坐标系的空间位姿变换关系；
S10：接收所述载车的激光雷达三维点云信号，在所述三维点云信号中识别所述标志物，得到所述激光雷达坐标系中所述标志物的三维坐标；
S11：根据所述激光雷达到所述地面坐标系的空间位姿变换关系和所述激光雷达坐标系中所述标志物的三维坐标，计算出所述激光雷达感知到的所述标志物在所述地面坐标系中的三维坐标；
S12：比较S11计算出的激光雷达感知到的所述标志物在地面坐标系中的三维坐标和确定的所述标志物的安放位置及高度，获得对车载激光雷达标定结果的评价。
优选地，当所述标志物安放位置设置为多个时，在S12之后还包括：
S13：对多个所述标定结果的评价进行分析，对所述标定结果在各自由度上的误差进行提示。
优选地，所述S10，接收所述载车的激光雷达三维点云信号，在所述三维点云信号中识别所述标志物，其中，利用平面拟合法在所述三维点云信号中识别标志。
与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：
本发明上述***，通过设置激光水准仪以及铅锤替换传统基于建设专用标定室的方法，使车载激光雷达标定结果评价的耗时和成本显著下降，避免了传统上激光雷达标定结果评价需要建设专用标定室进行一次完整高精度标定带来的高昂时间和费用成本问题，进而达到了保障车载传感器安装、***调试、保养维修和故障排查等环节便捷进行车载激光雷达标定结果评价的目的。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：
图1为本发明一实施例的车载激光雷达标定结果评价***的结构示意图；
图2为本发明一实施例的车载激光雷达标定结果评价***的工作过程示意图；
图3为本发明一实施例的车载激光雷达标定结果评价方法的流程图；
图中标号分别表示为：11-激光雷达，12-载车，13-第一铅锤，14-激光水准仪，15-径向引导光束，16-法向引导光束，17-反光板，18-激光测距仪，19-地面标记，20-标志物支架，21-标志物；201-三脚架；202-第二铅锤；31-第一确定装置，32-第二确定装置，33-标志物设定装置，34-信号获取装置，35-识别装置，36-计算装置，37-评价装置。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
参照图1所示，为本发明一实施例的车载激光雷达标定结果评价***的结构示意图，图中包括：标志物21、激光雷达11、第一确定装置31、第二确定装置32、信号获取装置34、识别装置35、计算装置36和评价装置37，上述部件的工作流程参照图2所示。
将标志物21设置于地面坐标系中设定的指定位置上。作为一优选方式，标志物21采用角反射器。通过设置角反射器可以采用三维点云平面拟合的方法提高激光雷达11对标志物21的识别精度。
第一确定装置31用于构建地面坐标系。
激光雷达11固定于载车12上，用于采集标志物21的三维点云信号。较佳的实施例中，激光雷达11可以采用水平旋转的多线激光雷达11，或者采用非重复扫描式激光雷达11。当激光雷达11采用非重复扫描式激光雷达11时，激光雷达11的水平视场小于180°。
第二确定装置32用于确定地面坐标系与载车坐标系变换关系。
信号获取装置34用于获取包含设定标志物21在内的环境三维点云信号；以及用于获取用于评价的激光雷达11标定结果。
识别装置35用于根据激光雷达11所采集的标志物21的三维点云信号识别标志物21在激光雷达11三维点云中的位置，即识别出标志物坐标。
计算装置36用于将识别装置35识别出的标志物坐标，根据信号获取装置34获取的激光雷达标定结果转换到载车坐标系，然后根据第二确定装置32确定的地面坐标系与载车坐标系变换关系，获得标志物21在地面坐标系中的坐标。
评价装置37用于比较标志物21在地面坐标系中的设定位置坐标与激光雷达三维点云中识别的标志物21在地面坐标系中的坐标的误差，对车载激光雷达标定结果进行评价。
在其他部分优选实施例中，第一确定装置31包括：载车12首尾中轴分别固定的第一铅锤13，且两个第一铅锤13分别固定于载车12的首位中心线上，使两个第一铅锤13自然下垂至接近地面后保持静止。两个第一铅锤3用于确定载车12车头方向并为径向引导光束15提供引导。激光水准仪14用于产生径向引导光束15和法向引导光束16，激光水准仪14设置在载车12后部且使得径向引导光束15穿过两个第一铅锤13。
在其他部分优选实施例中，第二确定装置32包括：反光板17和激光测距仪18，其中，反光板17垂直设置于载车12的后轮轴上，反光板17用于提供载车12后轴垂直方向的反射面积。激光测距仪18设置于法向引导光束16上，激光测距仪18用于测量载车12后轴到法向引导光束16的距离。法向引导光束16用于设置激光测距仪18。
在其他部分优选实施例中，车载激光雷达标定结果评价***进一步设有标志物设定装置33。标志物设定装置33包括：设置于地面上的地面标记19、地面标记确定装置、高度确定装置和标志物固定装置，其中，地面标记确定装置用于根据径向引导光束15和法向引导光束16构建的地面坐标系，确定地面标记19在上述地面坐标系中的二维坐标，从而确定地面标记19的位置；高度确定装置用于确定地面标记19垂直方向标志物21的设定高度；标志物固定装置用于固定标志物21，可以采用可调节高度的标志物支架20。标志物支架20可以包括三脚架201和第二铅锤202，其中，三脚架201用于支撑标志物21；第二铅锤202设置于三脚架201的中心位置，第二铅锤202用于确定标志物21的水平位置。在具体安装时，将三脚架201固定于地面上并使得第二铅锤202与地面标记19重叠；标志物21安装在标志物支架20上，通过调节三脚架201位置及高度，将标志物21固定到地面坐标系设定的指定位置。采用三脚架201具有高度调节能力，负责在三维空间中固定标志物21的位置。
在其他部分优选实施例中，信号获取装置34包括：激光雷达三维点云获取装置和激光雷达标定结果获取装置，其中，激光雷达三维点云获取装置用于获取包含设定标志物21在内的环境三维点云信号；激光雷达标定结果获取装置用于获取用于评价的激光雷达标定结果。
在其他部分优选实施例中，车载激光雷达标定结果评价***进一步设置有标定结果误差提示装置，用于当标志物21设定位置包括多个时，在经过多次评价***评价后，对多个标志物21设定位置的误差进行分析，对标定结果中各空间自由度的精确性分别进行提示。
上述实施例的车载激光雷达标定结果评价***，通过使用激光水准仪14以及少量标志物21，使车载激光雷达标定结果评价的耗时和成本显著下降，避免了传统上激光雷达标定结果评价需要建设专用标定室进行一次完整高精度标定带来的高昂时间和费用成本问题，进而达到了保障车载传感器安装、***调试、保养维修和故障排查等环节便捷进行车载激光雷达标定结果评价的目的。
参照图3所示，在另一实施例中提供一种车载激光雷达标定结果评价方法，方法包括采用上述实施例所述的***进行，具体按照以下步骤执行：
S1：分析环境地形，确定一个平坦区域，并在该区域内停泊载车。
S2：在载车首尾两端的水平中心线上分别固定第一铅锤，使两个第一铅锤自然下垂至接近地面后保持静止。
S3：在载车后方放置一台激光水准仪，调节激光水准仪位置直到一条径向引导光束穿过车首尾两端的所述铅锤，同时对应的一条法向引导光束与载车的后轴平行,根据径向引导光束和法向引导光束构建地面坐标系。
S4：在法向引导光束上放置一台激光测距仪，在载车的后轴处垂直放置一块反光板，使用激光测距仪和反光板测量法向引导光束到载车后轴的水平距离。
S5：根据法向引导光束到载车后轴的水平距离计算地面坐标系到载车坐标系的变换关系。
S6：根据地面坐标系，确定至少一个标志物的安放位置及高度。
S7：在至少一个标志物安放位置上安放标志物支架，并调节标志物支架位置使其中心的铅锤和标志物安放位置重叠。
S8：调节标志物高度，使其与设定高度一致。
S9：接收激光雷达与载车之间的标定结果，根据标定结果算以及地面坐标系到载车坐标系的变换关系，获得激光雷达到地面坐标系的空间位姿变换关系。
S10：接收车载激光雷达三维点云信号，在三维点云信号中识别标志物，得到激光雷达坐标系中标志物的三维坐标。
S11：根据激光雷达到地面坐标系的空间位姿变换关系和激光雷达坐标系中标志物的三维坐标，计算出激光雷达感知到的标志物在地面坐标系中的三维坐标。
S12：比较计算出的激光雷达感知到的标志物在地面坐标系中的三维坐标和确定的标志物的安放位置及高度，获得对车载激光雷达标定结果的评价。
在较佳实施例中，在S12之后还包括：S13：对多个标定结果的评价进行分析，对标定结果在各自由度上的误差进行提示。
上述步骤中，当S6中的标志物为角反射器时，S10中三维点云信号中识别标志物的方法为平面拟合法。利用平面拟合法可以减少因激光雷达三维点云密度不足导致的识别精度误差，得到更高精度的标志物识别效果。
此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种车载激光雷达标定结果评价***，其特征在于，包括：
第一确定装置，用于构建地面坐标系；
标志物，所述标志物设置于地面坐标系中设定的指定位置上；所述标志物为角反射器；
激光雷达，所述激光雷达设置于载车上，用于采集所述标志物的三维点云信号；
第二确定装置，用于确定所述地面坐标系与载车坐标系变换关系；
信号获取装置，用于获取包含设定标志物在内的环境三维点云信号；以及用于获取用于评价的激光雷达标定结果；
识别装置，用于根据所述激光雷达所采集的标志物的三维点云信号识别所述标志物在激光雷达三维点云中的位置，得到所述标志物坐标；
计算装置，用于将所述识别装置得到的标志物坐标，根据所述信号获取装置获取的激光雷达标定结果转换到载车坐标系，然后根据所述第二确定装置确定的地面坐标系与载车坐标系变换关系，获得所述标志物在地面坐标系中的坐标；
评价装置，用于比较所述标志物在地面坐标系中的设定位置坐标与激光雷达三维点云中识别的标志物在地面坐标系中的坐标的误差，对车载激光雷达标定结果进行评价。
2.根据权利要求1所述的车载激光雷达标定结果评价***，其特征在于，还包括：
标定结果误差提示装置，用于当设有多个所述标志物设定位置时，在获取多次评价结果后，对多个标志物设定位置的误差进行分析，对标定结果中各空间自由度的精确性分别进行提示。
3.根据权利要求1所述的车载激光雷达标定结果评价***，其特征在于，所述第一确定装置包括：
两个第一铅锤，所述两个第一铅锤分别设置于载车的首尾中心线上，所述两个第一铅锤用于确定载车车头方向并为径向引导光束提供引导；
设置于所述载车后部的激光水准仪，所述激光水准仪用于产生径向引导光束和法向引导光束，使所述径向引导光束穿过所述两个第一铅锤，通过所述径向引导光束和所述法向引导光束构建地面坐标系。
4.根据权利要求3所述的车载激光雷达标定结果评价***，其特征在于，所述第二确定装置包括：
激光测距仪，所述激光测距仪设置于所述法向引导光束上，所述激光测距仪用于测量载车后轴到法向引导光束的距离；
反光板，所述反光板垂直设置于载车的后轮轴上，所述反光板用于提供载车后轴垂直方向的反射面积。
5.根据权利要求1所述的车载激光雷达标定结果评价***，其特征在于，还包括标志物设定装置，所述标志物设定装置包括：
设置于地面上的地面标记；
地面标记确定装置，所述地面标记确定装置用于根据地面坐标系确定所述地面标记在地面坐标系中的二维坐标；
高度确定装置，用于确定所述地面标记垂直方向标志物的设定高度；
设置于所述地面标记上的标志物支架，所述标志物支架用于支撑固定所述标志物；
所述标志物支架包括：
用于支撑所述标志物的三脚架，并通过调节所述三脚架位置及高度，使所述标志物固定到地面坐标系设定的指定位置；
设置于所述三脚架中心位置的第二铅锤，所述第二铅锤用于调整所述三脚架位置直到中心与所述地面标记重叠。
6.根据权利要求1-5任一项所述的车载激光雷达标定结果评价***，其特征在于，
所述激光雷达为非重复扫描式激光雷达；
所述非重复扫描式激光雷达的水平视场角小于180°。
7.一种车载激光雷达标定结果评价方法，其特征在于，包括：采用权利要求1-6任一项所述的车载激光雷达标定结果评价***进行；
按照以下步骤执行：
S1：分析环境地形，确定一平坦区域，并在所述平坦区域内停泊载车；
S2：在所述载车首尾两端的水平中心线上分别固定第一铅锤，使两个所述第一铅锤自然下垂至接近地面后保持静止；
S3：在所述载车后方设置激光水准仪，调节所述激光水准仪位置直到其发射的一条径向引导光束穿过所述车首尾两端的所述铅锤，同时对应的一条法向引导光束与所述载车的后轴平行,根据所述径向引导光束和所述法向引导光束构建地面坐标系；
S4：在所述法向引导光束上设置激光测距仪，在所述载车的后轴位置垂直设置反光板，测量所述法向引导光束到所述载车后轴的水平距离；
S5：根据S4测量的水平距离计算所述地面坐标系与载车坐标系的变换关系；
S6：根据所述地面坐标系，确定至少一个标志物的安放位置及高度；
S7：在S6确定的安放位置上放置标志物支架，并调节所述标志物支架位置使所述标志物支架中心的第二铅锤和所述标志物安放位置重叠；
S8：调节所述标志物高度，使其与设定高度一致；
S9：接收所述激光雷达与所述载车之间的标定结果，根据标定结果以及所述地面坐标系到载车坐标系的变换关系，获得所述激光雷达到所述地面坐标系的空间位姿变换关系；
S10：接收所述载车的激光雷达三维点云信号，在所述三维点云信号中识别所述标志物，得到所述激光雷达坐标系中所述标志物的三维坐标；
S11：根据所述激光雷达到所述地面坐标系的空间位姿变换关系和所述激光雷达坐标系中所述标志物的三维坐标，计算出所述激光雷达感知到的所述标志物在所述地面坐标系中的三维坐标；
S12：比较S11计算出的激光雷达感知到的所述标志物在地面坐标系中的三维坐标和确定的所述标志物的安放位置及高度，获得对车载激光雷达标定结果的评价。
8.根据权利要求7所述的车载激光雷达标定结果评价方法，其特征在于，当所述标志物安放位置设置为多个时，在S12之后还包括：
S13：对多个所述标定结果的评价进行分析，对所述标定结果在各自由度上的误差进行提示。
9.根据权利要求7所述的车载激光雷达标定结果评价方法，其特征在于，所述S10，接收所述载车的激光雷达三维点云信号，在所述三维点云信号中识别所述标志物，其中，利用平面拟合法在所述三维点云信号中识别标志。
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