CN113655467A - 用于激光雷达的精度测量装置、方法及激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于激光雷达的精度测量装置、方法及激光雷达，涉及激光探测领域，精度测量装置包括一水平直线轨道、一用于在水平直线轨道上移动的位移平台、若干激光测距仪、一激光标靶以及一激光笔，激光雷达固定于位移平台上方，所述激光标靶设于所述水平直线轨道的一端，激光雷达对准激光标靶；激光笔固定于激光雷达上且对准所述激光标靶；激光测距仪用于测量位移平台与水平直线轨道一端的距离；激光雷达用于获取到所述激光标靶的长度；精度测量装置用于根据所述长度和所述距离获取所述激光雷达的精度。本发明能够量化检测激光雷达扫描仪的测距精度，操作方便成本低廉，所测结果准确，方便激光雷达的标定、校正以及出厂检验。
Description
技术领域
本发明涉及激光探测领域，特别涉及一种用于激光雷达的精度测量装置、方法及激光雷达。
背景技术
所谓实际测量，是指应用测量工具，通过现场测试、测量并能真实反映产品质量数据的一种方法。根据相关的质量验收标准，计量控制工程质量数据误差在国家住房建设标准允许的范围内。
实际测量涉及的项目发展阶段主要有主体结构阶段、砌体阶段、抹灰阶段、设备安装阶段和精装修阶段。测量范围包括混凝土结构、砌体工程、抹灰工程、防水工程、门窗工程、油漆工程、精装修工程等。
适用于室内环境扫描的3D激光扫描仪多采用ToF（Time-of-flight）测距技术，其中最常用的是LiDAR（light detection and ranging）。它是一种通过测量发送和收到的脉冲信号的时间差来计算物体距离的光学遥感技术。它的优势在于精度高、距离远。
随着5G技术的发展，3D技术在自动驾驶，建筑信息建模等领域磅礴发展。机械式激光雷达作为其核心硬件，在满足全方位精确建模的需求下需借助旋转马达及IMU等精密器件，在各部分相对位置绝对固定的前提下需要通过标定的方式来确认不同部件之间坐标系并通过算法实现坐标归一，需要设备采集不同姿态数据来实现。
现有技术中激光雷达的精度难以测量，测量结果不准确。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中激光雷达的精度难以测量，测量结果不准确的缺陷，提供一种量化检测激光雷达扫描仪的测距精度，操作方便成本低廉，所测结果准确，方便激光雷达的标定、校正以及出厂检验的用于激光雷达的精度测量装置、方法及激光雷达。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种用于激光雷达的精度测量装置，其特点在于，所述精度测量装置包括一水平直线轨道、一用于在所述水平直线轨道上移动的位移平台、若干激光测距仪、一激光标靶以及一激光笔，激光雷达固定于所述位移平台上方，
所述激光标靶设于所述水平直线轨道的一端，所述激光雷达对准所述激光标靶；
所述激光笔固定于所述激光雷达上且对准所述激光标靶，所述位移平台在水平直线轨道运动时，所述激光笔在激光标靶上的打点位置不变；
所述激光测距仪用于测量位移平台与水平直线轨道一端的距离；
所述激光雷达用于获取到所述激光标靶的长度；
所述精度测量装置用于根据所述长度和所述距离获取所述激光雷达的精度。
较佳地，所述精度测量装置用于获取目标差值作为所述激光雷达的精度，所述目标差值为两次获取的所述距离的差值减去所述两次获取的所述长度的差值的所得数值。
较佳地，所述精度测量装置包括一水平仪，所述水平仪用于调节所述激光雷达的俯仰角至水平。
较佳地，所述激光测距仪的数量为三个，激光测距仪均设于水平直线轨道的一端，所述位移平台的侧面设有三个标记，三个激光测距仪分别对准所述三个标记，三个激光测距仪的测量方向与水平直线轨道的延伸方向平行。
较佳地，所述距离等于三个激光测距仪数值的平均值。
较佳地，所述激光标靶下方悬挂一铅锤，所述精度测量装置还包括一第一三脚架，所述激光标靶固定于所述第一三脚架上，
所述铅锤用于调节所述激光标靶与水平面垂直；
所述激光雷达用于扫描所述激光标靶，并根据激光标靶的扫描数据获取激光标靶的法向量；
所述激光雷达还用于利用所述法向量以及自身角度计算程序调节所述激光标靶的水平角度以使所述法向量与激光雷达坐标系X轴平行。
较佳地，所述激光雷达用于扫描所述激光标靶获取三维点云数据，将三维点云数据体素化获取激光标靶的体素，根据每一体素的中线点坐标计算所述激光标靶所在平面以获取所述法向量。
本发明又提供一种用于激光雷达的精度测量方法，其特征在于，所述精度测量方法利用如上所述的精度测量装置实现，所述精度测量方法包括：
所述激光测距仪测量位移平台与水平直线轨道一端的距离；
所述激光雷达获取到所述激光标靶的长度；
所述精度测量装置获取目标差值作为所述激光雷达的精度，所述目标差值为两次获取的所述距离的差值减去所述两次获取的所述长度的差值的所得数值。
较佳地，所述激光标靶下方悬挂一铅锤，所述精度测量装置还包括一第一三脚架，所述激光标靶固定于所述第一三脚架上，所述精度测量方法包括：
利用所述铅锤调节所述激光标靶与水平面垂直；
所述激光雷达扫描所述激光标靶，并根据激光标靶的扫描数据获取激光标靶的法向量；
所述激光雷达利用所述法向量以及自身角度计算程序调节所述激光标靶的水平角度以使所述法向量与激光雷达坐标系X轴平行。
较佳地，所述精度测量方法包括：
所述激光雷达扫描所述激光标靶获取三维点云数据，将三维点云数据体素化获取激光标靶的体素，根据每一体素的中线点坐标计算所述激光标靶所在平面以获取所述法向量。
本发明还提供一种激光雷达，其特点在于，所述激光雷达利用如上所述的精度测量方法测量精度。
符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明能够量化检测激光雷达扫描仪的测距精度，操作方便成本低廉，所测结果准确，方便激光雷达的标定、校正以及出厂检验。
附图说明
图1为本发明实施例1的精度测量装置的结构示意图。
图2为本发明实施例1的精度测量方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
参见图1，本实施例提供一种用于激光雷达的精度测量装置。
所述精度测量装置包括一水平直线轨道11、一用于在所述水平直线轨道上移动的位移平台12、若干激光测距仪13、一激光标靶14以及一激光笔15。
激光雷达16固定于所述位移平台上方。
所述激光标靶设于所述水平直线轨道的一端，所述激光雷达对准所述激光标靶。
所述激光笔固定于所述激光雷达上且对准所述激光标靶，所述位移平台在水平直线轨道运动时，所述激光笔在激光标靶上的打点位置不变；
所述激光测距仪用于测量位移平台与水平直线轨道一端的距离；
所述激光雷达用于获取到所述激光标靶的长度；
所述精度测量装置用于根据所述长度和所述距离获取所述激光雷达的精度。
所述精度测量装置用于获取目标差值作为所述激光雷达的精度，所述目标差值为两次获取的所述距离的差值减去所述两次获取的所述长度的差值的所得数值。
所述激光测距仪的数量为三个，激光测距仪均设于水平直线轨道的一端，所述位移平台的侧面设有三个标记。
三个激光测距仪分别对准所述三个标记，三个激光测距仪的测量方向与水平直线轨道的延伸方向平行。
所述精度测量装置包括一水平仪，所述水平仪用于调节所述激光雷达的俯仰角至水平，所述距离等于三个激光测距仪数值的平均值。
所述激光标靶下方悬挂一铅锤，所述精度测量装置还包括一第一三脚架，所述激光标靶固定于所述第一三脚架上，
所述铅锤用于调节所述激光标靶与水平面垂直；
所述激光雷达用于扫描所述激光标靶，并根据激光标靶的扫描数据获取激光标靶的法向量；
所述激光雷达还用于利用所述法向量以及自身角度计算程序调节所述激光标靶的水平角度以使所述法向量与激光雷达坐标系X轴平行。
所述激光雷达用于扫描所述激光标靶获取三维点云数据，将三维点云数据体素化获取激光标靶的体素，根据每一体素的中线点坐标计算所述激光标靶所在平面以获取所述法向量。
具体安装调试如下：
将固定式激光雷达扫描仪放置于位移平台上，将激光雷达固定角度与位移平台沿水平直线轨道的运动方向平行，与激光标靶正对。
将水平仪放置于激光雷达顶部，调节激光雷达俯仰角，直至水平仪显示水平。
将激光笔固定于激光雷达上，打开激光笔，前后移动位移平台，调节激光雷达水平角度，直至在移动过程中激光笔打在激光标靶的位置不再移动。
固定激光雷达后，运行激光雷达的角度计算程序，直至程序显示标靶平面的法线与激光雷达平行于激光雷达坐标系X轴的激光线平行。此时视为调节完毕。
参见图2，利用上述激光测量装置，本发明还提供一种，精度测量方法，包括：
步骤100、所述激光测距仪测量位移平台与水平直线轨道一端的距离；
步骤101、所述激光雷达获取到所述激光标靶的长度；
步骤102、所述精度测量装置获取目标差值作为所述激光雷达的精度，所述目标差值为两次获取的所述距离的差值减去所述两次获取的所述长度的差值的所得数值。
具体地，所述精度测量方法还包括：
利用所述铅锤调节所述激光标靶与水平面垂直；
所述激光雷达扫描所述激光标靶，并根据激光标靶的扫描数据获取激光标靶的法向量；
所述激光雷达利用所述法向量以及自身角度计算程序调节所述激光标靶的水平角度以使所述法向量与激光雷达坐标系X轴平行。
其中，
所述激光雷达扫描所述激光标靶获取三维点云数据，将三维点云数据体素化获取激光标靶的体素，根据每一体素的中线点坐标计算所述激光标靶所在平面以获取所述法向量。
将激光雷达和位移平台固定在一个距离（如15m处），开始测距，记录此时激光雷达的测距数据和激光测距仪显示的数据。
移动若干次距离，重复之前的动作。
将任意两次的激光雷达测距数据相减、激光测距仪显示数据相减，将相减结果的差值作为激光雷达的测距精度。
本实施例中，所述精度测量方法还包括：
位移平台利用一匀速电机在所述水平直线轨道上匀速运动。
激光雷达在匀速运动中获取到所述激光标靶的长度。
判断所述长度与时间是否存在线性关系，若是则判断所述激光雷达动态精度达标，若否则根据长度与时间的关系查找非线性关系的长度；
根据所述长度查找水平直线轨道的实际位置；
在实际位置处利用所述激光测距仪测量与水平直线轨道一端的距离；
根据非线性关系的距离计算所述非线性关系的目标长度，利用所述目标长度补偿所述激光雷达。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于激光雷达的精度测量装置，其特征在于，所述精度测量装置包括一水平直线轨道、一用于在所述水平直线轨道上移动的位移平台、若干激光测距仪、一激光标靶以及一激光笔，激光雷达固定于所述位移平台上方，
所述激光标靶设于所述水平直线轨道的一端，所述激光雷达对准所述激光标靶；
所述激光笔固定于所述激光雷达上且对准所述激光标靶，所述位移平台在水平直线轨道运动时，所述激光笔在激光标靶上的打点位置不变；
所述激光测距仪用于测量位移平台与水平直线轨道一端的距离；
所述激光雷达用于获取到所述激光标靶的长度；
所述精度测量装置用于根据所述长度和所述距离获取所述激光雷达的精度。
2.如权利要求1所述的精度测量装置，其特征在于，所述精度测量装置用于获取目标差值作为所述激光雷达的精度，所述目标差值为两次获取的所述距离的差值减去所述两次获取的所述长度的差值的所得数值。
3.如权利要求1所述的精度测量装置，其特征在于，所述激光测距仪的数量为三个，激光测距仪均设于水平直线轨道的一端，所述位移平台的侧面设有三个标记，三个激光测距仪分别对准所述三个标记，三个激光测距仪的测量方向与水平直线轨道的延伸方向平行。
4.如权利要求3所述的精度测量装置，其特征在于，所述精度测量装置包括一水平仪，所述水平仪用于调节所述激光雷达的俯仰角至水平，所述距离等于三个激光测距仪数值的平均值。
5.如权利要求1所述的精度测量装置，其特征在于，所述激光标靶下方悬挂一铅锤，所述精度测量装置还包括一第一三脚架，所述激光标靶固定于所述第一三脚架上，
所述铅锤用于调节所述激光标靶与水平面垂直；
所述激光雷达用于扫描所述激光标靶，并根据激光标靶的扫描数据获取激光标靶的法向量；
所述激光雷达还用于利用所述法向量以及自身角度计算程序调节所述激光标靶的水平角度以使所述法向量与激光雷达坐标系X轴平行。
6.如权利要求5所述的精度测量装置，其特征在于，所述激光雷达用于扫描所述激光标靶获取三维点云数据，将三维点云数据体素化获取激光标靶的体素，根据每一体素的中线点坐标计算所述激光标靶所在平面以获取所述法向量。
7.一种用于激光雷达的精度测量方法，其特征在于，所述精度测量方法利用如权利要求1至6中任意一项所述的精度测量装置实现，所述精度测量方法包括：
所述激光测距仪测量位移平台与水平直线轨道一端的距离；
所述激光雷达获取到所述激光标靶的长度；
所述精度测量装置获取目标差值作为所述激光雷达的精度，所述目标差值为两次获取的所述距离的差值减去所述两次获取的所述长度的差值的所得数值。
8.如权利要求7所述的精度测量方法，其特征在于，所述激光标靶下方悬挂一铅锤，所述精度测量装置还包括一第一三脚架，所述激光标靶固定于所述第一三脚架上，所述精度测量方法包括：
利用所述铅锤调节所述激光标靶与水平面垂直；
所述激光雷达扫描所述激光标靶，并根据激光标靶的扫描数据获取激光标靶的法向量；
所述激光雷达利用所述法向量以及自身角度计算程序调节所述激光标靶的水平角度以使所述法向量与激光雷达坐标系X轴平行。
9.如权利要求8所述的精度测量方法，其特征在于，所述精度测量方法包括：
所述激光雷达扫描所述激光标靶获取三维点云数据，将三维点云数据体素化获取激光标靶的体素，根据每一体素的中线点坐标计算所述激光标靶所在平面以获取所述法向量。
10.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达利用如权利要求7至9中任意一项所述的精度测量方法测量精度。
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