一種二維掃描型激光雷達(dá)的掃描數(shù)據(jù)修正方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及傳感器檢測(cè)領(lǐng)域，特別是一種二維掃描型激光雷達(dá)的掃描數(shù)據(jù)修正方 法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 二維掃描型激光雷達(dá)可準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的提供一定范圍內(nèi)（一般為0°~180° )位于單個(gè) 掃描平面內(nèi)的距離信息，近年來，二維掃描型激光雷達(dá)由于具有體積小、價(jià)格合理、精度高 等優(yōu)勢(shì)而被廣泛用于機(jī)器人領(lǐng)域，配合其他傳感器進(jìn)行環(huán)境檢測(cè)，并完成任務(wù)。
[0003] 通過集成在激光雷達(dá)激光發(fā)射器上的可旋轉(zhuǎn)鏡片，激光雷達(dá)可在正前方測(cè)量區(qū)域 中建立一個(gè)二維的扇形測(cè)量面(一般是0°~180°)，激光雷達(dá)發(fā)出的激光束接觸到扇形測(cè)量 面內(nèi)的目標(biāo)表面后反射回來，即可以建立被掃描目標(biāo)表面的二維輪廓圖。
[0004] 從上述掃描型激光雷達(dá)的原理可以看出，當(dāng)激光雷達(dá)和環(huán)境處于相對(duì)靜止的時(shí)， 測(cè)量值精度較高。但是當(dāng)激光雷達(dá)或環(huán)境處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由于激光雷達(dá)的激光發(fā)射 線是依靠負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)從而覆蓋出扇形的掃描區(qū)域，那么，在測(cè)量范圍的上限（如〇°)和 下限（如180°)是在兩個(gè)不同時(shí)刻的測(cè)量值，因此，一個(gè)掃描周期下的環(huán)境數(shù)據(jù)并不是同一 時(shí)刻的數(shù)據(jù)。假設(shè)激光雷達(dá)掃描角度是150°，角度分辨率是30°，掃描周期為100ms，速度為1 單位/100ms，如圖1所示，圖1為激光雷達(dá)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下誤差來源示意圖；當(dāng)?shù)谝痪€激光束發(fā)出 時(shí)，激光雷達(dá)處于1#位置，當(dāng)激光雷達(dá)到達(dá)6#位置時(shí)，一個(gè)掃描周期結(jié)束。此時(shí)，激光雷達(dá)記 錄的數(shù)據(jù)分別是：{1，2,3,4,5,⑥}，而從圖中顯然可以看到，當(dāng)激光雷達(dá)處于6#位置的時(shí) 候，其距離數(shù)據(jù)應(yīng)該為：{①，②，③，④，⑤，⑥}，因此，測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生了誤差。不難看出，產(chǎn)生 誤差的來源主要由2個(gè)方面影響:環(huán)境(如墻體)相對(duì)激光雷達(dá)的角度和激光雷達(dá)相對(duì)環(huán)境 (如墻體)的速度。
[0005] 如果將二維掃描型激光雷達(dá)安放在對(duì)速度相對(duì)較快，且對(duì)環(huán)境檢測(cè)實(shí)時(shí)性要求較 高時(shí)，往往需要修正激光雷達(dá)的環(huán)境數(shù)據(jù)。目前，針對(duì)如何解決運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下二維掃描型激光 雷達(dá)的掃描數(shù)據(jù)誤差問題，國(guó)內(nèi)外還沒有相關(guān)文獻(xiàn)及研究。隨著該類型激光雷達(dá)的快速普 及，對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下出現(xiàn)的誤差的修正有著重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是提供一種二維掃描型激光雷達(dá)的掃描數(shù)據(jù)修正方法;該方法針 對(duì)二維掃描型激光雷達(dá)處于運(yùn)動(dòng)情況下，其掃描數(shù)據(jù)修正的方法。適用于二維掃描型激光 雷達(dá)環(huán)境檢測(cè)方面。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明提供的二維掃描型激光雷達(dá)的掃描數(shù)據(jù)修正方法，包括以下步驟：
[0009] S1:獲取激光雷達(dá)掃描參數(shù)，所示掃描參數(shù)包括掃描周期、角度分辨率、掃描范圍、 線數(shù)；
[0010] S2:獲取掃描周期內(nèi)第i線激光束的距離信息；
[0011] S3:根據(jù)第i線激光束的距離信息和上一周期的該線激光束的距離獲取第i線激光 束相對(duì)于掃描環(huán)境的當(dāng)前角度；
[0012] S4:通過傳感器獲取激光雷達(dá)當(dāng)前速度；
[0013] S5:根據(jù)當(dāng)前速度獲取第i線激光束到掃描環(huán)境的當(dāng)前距離；
[0014] S6:根據(jù)激光雷達(dá)第i線激光束的當(dāng)前距離和激光雷達(dá)的當(dāng)前速度得到第i線激光 束的修正值；
[0015] S7:獲取第i線激光束在t時(shí)刻的掃描距離；
[0016] S8:利用第i線激光束的修正值和掃描距離得到第i線激光束在t時(shí)刻掃描的真實(shí) 掃描值；
[0017] S9:重復(fù)循環(huán)步驟S2-S8得到激光雷達(dá)所有線激光束的真實(shí)掃描值。
[0018] 進(jìn)一步，所述第i線激光束相對(duì)于掃描環(huán)境的當(dāng)前角度，具體通過以下步驟來實(shí) 現(xiàn)：
[0019] 獲取上一周期第i線激光束的掃描距離；
[0020] 獲取當(dāng)前周期第i線激光束的掃描距離；
[0021] 根據(jù)以下公式計(jì)算第i線激光束所掃描處環(huán)境的當(dāng)前角度：
[0023] 式中，
[0024] 表示第i線激光束所掃描處環(huán)境的當(dāng)前角度：
[0025] S(t-T)表示上一周期第i線激光束的掃描距離；
[0026] St表示當(dāng)前周期第i線激光束的掃描距離；
[0027] v表示激光雷達(dá)當(dāng)前速度；
[0028] T表不掃描周期；
[0029] i表示第i線激光束；
[0030] ?表示掃描范圍；
[0031] γ表示角度分辨率。
[0032]進(jìn)一步，所述第i線激光束的修正值按照以下公式來實(shí)現(xiàn)：
[0034]式中，
[0035] Λ St⑴表示第i線激光束的修正值；
[0036] t表示第i線激光束的掃描時(shí)間。
[0037] 進(jìn)一步，所述第i線激光束的真實(shí)掃描值按照以下公式來實(shí)現(xiàn)：
[0038] Sreal(i) = St(i)-A St(i)；
[0039]式中，Sreal⑴表不真實(shí)掃描值。
[0040] 本發(fā)明提供的二維掃描型激光雷達(dá)的掃描數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)，包括激光雷達(dá)、速度采 集單元、修正值生成單元和真實(shí)掃描值生成單元；
[0041] 所述激光雷達(dá)用于獲取掃描環(huán)境的掃描數(shù)據(jù)并將掃描數(shù)據(jù)發(fā)送到修正值生成單 元和真實(shí)掃描值生成單元;所述速度采集單元用于獲取激光雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度并將運(yùn)動(dòng)速度 發(fā)送到修正值生成單元;所述修正值生成單元根據(jù)接收的掃描數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)速度生成激光雷 達(dá)的修正值并將修正值發(fā)送到真實(shí)掃描值生成單元;所述真實(shí)掃描值生成單元根據(jù)修正值 和掃描數(shù)據(jù)生成真實(shí)掃描值。
[0042]進(jìn)一步，還包括與修正值生成單元連接的激光雷達(dá)參數(shù)預(yù)置單元，所述激光雷達(dá) 參數(shù)預(yù)置單元用于存儲(chǔ)激光雷達(dá)掃描參數(shù)，所示掃描參數(shù)包括掃描周期、角度分辨率、掃描 范圍和線數(shù)。
[0043]進(jìn)一步，所述修正值生成單元按照以下步驟生成修正值：
[0044] S61:獲取掃描周期內(nèi)第i線激光束的距離信息；
[0045] S62:根據(jù)第i線激光束的距離信息獲取第i線激光束相對(duì)于掃描環(huán)境的當(dāng)前角度；
[0046] S63:通過傳感器獲取激光雷達(dá)當(dāng)前速度；
[0047] S64:根據(jù)當(dāng)前速度獲取第i線激光束到掃描環(huán)境的當(dāng)前距離；
[0048] S65:根據(jù)激光雷達(dá)第i線激光束的當(dāng)前距離和激光雷達(dá)的當(dāng)前速度得到第i線激 光束的修正值。
[0049] 進(jìn)一步，所述真實(shí)掃描值生成單元按照以下步驟生成真實(shí)掃描值值：
[0050] S81:獲取第i線激光束在t時(shí)刻的掃描距離；
[0051 ] S82:利用第i線激光束的修正值和掃描距離得到第i線激光束在t時(shí)刻掃描的真實(shí) 掃描值。
[0052]進(jìn)一步，所述第i線激光束相對(duì)于掃描環(huán)境的當(dāng)前角度，具體通過以下步驟來實(shí) 現(xiàn)：
[0053]獲取上一周期第i線激光束的掃描距離；
[0054]獲取當(dāng)前周期第i線激光束的掃描距離；
[0055]根據(jù)以下公式計(jì)算第i線激光束所掃描處環(huán)境的當(dāng)前角度：
[0057]式中，
[0058] 表示第i線激光束所掃描處環(huán)境的當(dāng)前角度：
[0059] S(t-T)表示上一周期第i線激光束的掃描距離；
[0060] St表示當(dāng)前周期第i線激光束的掃描距離；
[0061] v表示激光雷達(dá)當(dāng)前速度；
[0062] T表不掃描周期；
[0063] i表示第i線激光束；
[0064] 錢表示掃描范圍；
[0065] γ表示角度分辨率。
[0066]進(jìn)一步，所述第i線激光束的修正值按照以下公式來實(shí)現(xiàn)：
[0068]式中，
[0069] Λ St⑴表示第i線激光束的修正值；
[0070] t表示第i線激光束的掃描時(shí)間；
[0071] 所述第i線激光束的真實(shí)掃描值按照以下公式來實(shí)現(xiàn)：
[0072] Sreal(i) = St(i))_ A St(i);
[0073] 式中，Sreal⑴表示真實(shí)掃描值。
[0074] 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
[0075] 本發(fā)明提供的二維掃描型激光雷達(dá)的掃描數(shù)據(jù)修正方法，通過實(shí)時(shí)獲取運(yùn)動(dòng)中的 激光雷達(dá)姿態(tài)，在一個(gè)激光雷達(dá)掃描周期內(nèi)對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差計(jì)算和補(bǔ)償，從而達(dá)到對(duì) 二維掃描型激光雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)的誤差修正，使機(jī)器人在與環(huán)境相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，提高了環(huán)境檢 測(cè)的精度并提升了機(jī)器人導(dǎo)航的可靠性