一種激光強(qiáng)度校準(zhǔn)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達(dá)傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種自學(xué)習(xí)的激光強(qiáng)度校準(zhǔn)方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光雷達(dá)是無人車感知傳感器中極為重要的一個(gè)，它有著諸多其他傳感器所不具 備的優(yōu)勢，例如：能夠精準(zhǔn)地測量距離；數(shù)據(jù)采集的密度高、分辨率高；不受光照影響等等。
[0003] 此外，激光雷達(dá)的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都包含了被照射點(diǎn)反射強(qiáng)度的信息。常見的激光雷 達(dá)可以分辨256種不同的反射強(qiáng)度。這樣，激光雷達(dá)掃描輸出的點(diǎn)云不僅包含了周圍環(huán)境 表面的空間分布信息，還包含了表面的反射性的信息。激光雷達(dá)的掃描數(shù)據(jù)能有效地反映 被掃描環(huán)境中的各種形態(tài)特征，例如人行道，馬路邊緣，行車線，路邊建筑，行人，其他車輛 等等。
[0004] 但激光雷達(dá)的測量數(shù)據(jù)也存在著誤差。誤差一般分為系統(tǒng)性的誤差和隨機(jī)性的誤 差。隨機(jī)性的誤差主要受限于儀器本身的技術(shù)水平，而系統(tǒng)性的誤差則主要取決于系統(tǒng)參 數(shù)的設(shè)置。
[0005] -般應(yīng)用于無人車輛的激光雷達(dá)都具有多個(gè)激光發(fā)射器。系統(tǒng)性的誤差會(huì)導(dǎo)致不 同的激光束對于同一個(gè)表面在同一個(gè)距離產(chǎn)生的反射強(qiáng)度不一致。
[0006] 雖然激光雷達(dá)在出廠時(shí)可能經(jīng)過校準(zhǔn)，但這種校準(zhǔn)的對象可能和激光雷達(dá)應(yīng)用環(huán) 境中的對象不一樣。因此，針對某個(gè)特定的環(huán)境以及某種特定的應(yīng)用的校準(zhǔn)就十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為此，需要提供一種激光強(qiáng)度校準(zhǔn)方法，以適用特定的區(qū)域場景進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，發(fā)明人提供了一種激光強(qiáng)度校準(zhǔn)方法，包括如下步驟，將預(yù)設(shè)區(qū) 域網(wǎng)格化，在預(yù)設(shè)區(qū)域中以網(wǎng)格為單位采集原始數(shù)據(jù)，通過原始數(shù)據(jù)獲得校準(zhǔn)函數(shù)。
[0009] 具體地，所述將預(yù)設(shè)區(qū)域網(wǎng)格化具體為：將整個(gè)行駛的區(qū)域分成若干個(gè)單元格，并 對每個(gè)單元格進(jìn)行編號，每個(gè)單元格大小相同。
[0010] 具體地，所述在預(yù)設(shè)區(qū)域中采集原始數(shù)據(jù)具體為：用激光雷達(dá)車在預(yù)設(shè)區(qū)域中按 預(yù)定的路線行駛，在行駛過程中每隔預(yù)定的時(shí)間保存一組觀測記錄作為原始數(shù)據(jù)。
[0011] 進(jìn)一步地，還包括步驟，利用所述校準(zhǔn)函數(shù)構(gòu)建校準(zhǔn)查找表，新的激光強(qiáng)度被獲取 后用所述校準(zhǔn)查找表進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0012] -種激光強(qiáng)度校準(zhǔn)裝置，包括網(wǎng)格化模塊、采集模塊、函數(shù)獲得模塊、校準(zhǔn)模塊，所 述網(wǎng)格化模塊用于將預(yù)設(shè)區(qū)域網(wǎng)格化，所述采集模塊用于在預(yù)設(shè)區(qū)域中以網(wǎng)格為單位采集 原始數(shù)據(jù)，所述函數(shù)獲得模塊用于通過原始數(shù)據(jù)獲得校準(zhǔn)函數(shù)，所述校準(zhǔn)模塊用于在新的 激光強(qiáng)度被獲取后將其代入校準(zhǔn)函數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0013] 具體地，所述網(wǎng)格化模塊將預(yù)設(shè)區(qū)域網(wǎng)格化具體為：將整個(gè)行駛的區(qū)域分成若干 個(gè)單元格，并對每個(gè)單元格進(jìn)行編號，每個(gè)單元格大小相同。
[0014] 具體地，所述采集模塊在預(yù)設(shè)區(qū)域中采集原始數(shù)據(jù)具體為：用激光雷達(dá)車在預(yù)設(shè) 區(qū)域中按預(yù)定的路線行駛，在行駛過程中每隔預(yù)定的時(shí)間保存一組觀測記錄作為原始數(shù) 據(jù)。
[0015] 進(jìn)一步地，還包括建表模塊，所述建表模塊用于利用所述校準(zhǔn)函數(shù)構(gòu)建校準(zhǔn)查找 表，所述校準(zhǔn)模塊還用于在新的激光強(qiáng)度被獲取后將其代入校準(zhǔn)查找表進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0016] 區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，上述技術(shù)方案能夠有效的減少激光雷達(dá)測量數(shù)據(jù)中存在的系統(tǒng) 誤差，并適用特定的區(qū)域場景進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】所述方法流程示意圖；
[0018] 圖2a為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】所述未校準(zhǔn)激光強(qiáng)度掃描圖；
[0019] 圖2b為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】所述校準(zhǔn)后激光強(qiáng)度掃描圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】所述區(qū)域網(wǎng)格化示意圖；
[0021] 圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】所述裝置模塊示意圖。
[0022] 附圖標(biāo)記說明：
[0023] 400、網(wǎng)格化模塊；
[0024] 402、采集模塊；
[0025] 404、函數(shù)獲得模塊；
[0026] 405、校準(zhǔn)模塊；
[0027] 406、建表模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 為詳細(xì)說明技術(shù)方案的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合具體實(shí) 施例并配合附圖詳予說明。
[0029] 請參閱圖1，為本發(fā)明一種激光強(qiáng)度校準(zhǔn)方法流程示意圖，包括如下步驟，SlOO將 預(yù)設(shè)區(qū)域網(wǎng)格化，S102在預(yù)設(shè)區(qū)域中以網(wǎng)格為單位采集原始數(shù)據(jù)，S104通過原始數(shù)據(jù)獲得 校準(zhǔn)函數(shù)，S105新的激光強(qiáng)度被獲取后代入校準(zhǔn)函數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)。。
[0030] 具體地，所述SlOO將預(yù)設(shè)區(qū)域網(wǎng)格化具體為：將整個(gè)行駛的區(qū)域分成若干個(gè)單元 格，并對每個(gè)單元格進(jìn)行編號，每個(gè)單元格大小相同。
[0031] 具體地，所述S102在預(yù)設(shè)區(qū)域中以網(wǎng)格為單位采集原始數(shù)據(jù)具體為：用激光 雷達(dá)車在預(yù)設(shè)區(qū)域中按預(yù)定的路線行駛，采集原始數(shù)據(jù)，在行駛過程中每隔預(yù)定的時(shí)間 保存一組觀測記錄。激光雷達(dá)的校準(zhǔn)方法一般分為幾何的（geometric)和輻射測量的 (radiometric)。本方法是一種輻射測量的校準(zhǔn)方法，校準(zhǔn)激光雷達(dá)輸出的強(qiáng)度數(shù)據(jù)。經(jīng)過 這種方法校準(zhǔn)過的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)特別適合、但不限于以下應(yīng)用：
[0032] 1.對無人車預(yù)設(shè)的行駛環(huán)境進(jìn)行地圖采集
[0033] 2.無人車在實(shí)時(shí)行駛過程中，對周圍環(huán)境的感知
[0034] 在無人車的行駛過程中，經(jīng)常需要對預(yù)先采集的三維地圖和實(shí)時(shí)行駛過程中的激 光雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行基于概率方法的匹配。匹配的過程依賴于點(diǎn)云的空間位置和強(qiáng)度值，并且 對強(qiáng)度值是否標(biāo)準(zhǔn)化（normalized)十分敏感。
[0035] 如圖2a所示，未經(jīng)校準(zhǔn)的圖片中車輛左側(cè)路面上的每個(gè)環(huán)（一個(gè)激光束一圈掃描 的輸出）的亮度（反射強(qiáng)度）非常不一致，即便每個(gè)激光束照射的路表其實(shí)放射特性差異 不大。未經(jīng)過校準(zhǔn)的若干激光束產(chǎn)生了不同的反射強(qiáng)度，在圖上可以看到的線條們有的深 有的淺。圖2b反映了在經(jīng)過校準(zhǔn)后的圖樣，可以看到線條的深淺度更加均勻了。
[0036] 本方法的重點(diǎn)在于：
[0037] 1)激光掃描設(shè)備的特性使得每一束激光都有自己獨(dú)特的，非線性的響應(yīng)方程。為 了獲得完整的，將觀測強(qiáng)度轉(zhuǎn)化成輸出強(qiáng)度的校準(zhǔn)函數(shù)，本方法計(jì)算的是每一束激光的完 整響應(yīng)曲線而非單一的參數(shù)。
[0038] 2)本方法針對的并不是固定的校準(zhǔn)目標(biāo)，而是整個(gè)車輛行駛環(huán)境中可能被激光雷 達(dá)掃描到的各種特征。這樣的好處就是校準(zhǔn)過的激光雷達(dá)能更好地適應(yīng)預(yù)設(shè)的行駛環(huán)境。 因此，校準(zhǔn)目標(biāo)的采集需要車輛在預(yù)設(shè)環(huán)境中完成一次完整的行駛。
[0039] 首先請看圖3,為區(qū)域網(wǎng)格化示意圖，在本實(shí)施例中，進(jìn)行步驟SlOO將整個(gè)預(yù)設(shè)區(qū) 域網(wǎng)格化時(shí)，將整個(gè)行駛的區(qū)域分成若干個(gè)單元格。每個(gè)單元格大小相同，根據(jù)激光雷達(dá)的 分辨率決定。比如，可以選擇單元格的尺寸使得每一個(gè)單元格平均被1束激光照射到。每 一個(gè)單元格被賦予一個(gè)唯一的編號。
[0040] 同時(shí)網(wǎng)格地圖是二維的，而激光雷達(dá)的點(diǎn)云輸出是三維的。因此，需要將三維的點(diǎn) 云投影到二維的網(wǎng)格上：每一單元格對應(yīng)所有橫、縱坐標(biāo)與該單元格一樣的數(shù)據(jù)點(diǎn)，不管這 些點(diǎn)的高度坐標(biāo)是多少。
[0041] 接下來進(jìn)行步驟S102在預(yù)設(shè)區(qū)域中采集原始數(shù)據(jù)，激光雷達(dá)載車要在預(yù)設(shè)環(huán)境 中按預(yù)定的路線行駛，采集原始數(shù)據(jù)。在行駛過程中，每間隔預(yù)定的時(shí)間，保存一組觀察記 錄。整個(gè)行駛過程中保存下的所有觀察記錄組成了原始數(shù)據(jù)日志。每條觀察記錄Z 1可以 用一個(gè)四元數(shù)組<b，1,，a]，gl>表示，分別對應(yīng)激光束編號，測距，反射強(qiáng)度值和對應(yīng)的地圖 單元格編號。
[0042] 在某些實(shí)施例中，若激光器有64個(gè)激光束，則：
[0043] b e [0, "·，63](不同型號的激光雷達(dá)可能會(huì)發(fā)出不同數(shù)量的激光束，公式可以靈 活變動(dòng)）
[0044] 而測距一定大于等于0 :
[0045] I jlG R+
[0046] 若每束激光束可以分辨256種不同的反射強(qiáng)度，則 :
[0047] Bj e 255]
[0048] g]代表單元格的編號，總的單元格數(shù)量取決于地圖的維數(shù)N和M :
[0049] gse [0, . . . , N · M-1]
[0050] 采集過程中每一時(shí)刻都會(huì)觀測到許多條觀察記錄，所有的觀察記錄的總集合為：
[0051] L = (Z1，…，zn}
[0052] 即η個(gè)觀察記錄。利用這些觀察記錄，我們可以進(jìn)行步驟S104計(jì)算校準(zhǔn)函數(shù) g(j, a)：
[0054] 也就是說，對于每一束激光j的每一個(gè)原始強(qiáng)度值a，其校準(zhǔn)的強(qiáng)度值g(j，a)就是 所有滿足一定條件的激光束的強(qiáng)度值的期望值。這里滿足條件的激光束為：所有擊中某個(gè) 單元格的激光束，這個(gè)單元格被激光束j擊中并且放射強(qiáng)度值為a。
[0055] 在具體的實(shí)施例中，假設(shè)我們要對激光束1的強(qiáng)度值10進(jìn)行校準(zhǔn)：
[0056] 1)首先搜索所有單元格，看還有哪些