一种激光雷达、激光雷达系统及数据处理方法 |
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| 申请号 | CN201610571651.5 | 申请日 | 2016-07-19 | 公开(公告)号 | CN106291567A | 公开(公告)日 | 2017-01-04 |
| 申请人 | 深圳乐行天下科技有限公司; | 发明人 | 李少海; 郭盖华; 徐成; | ||||
| 摘要 | 本 发明 实施例 公开了一种 激光雷达 、激光雷达系统及 数据处理 方法，激光雷达系统包括处理器和激光雷达，处理器和激光雷达之间具有通信连接；激光雷达包括 基座 和旋转体，旋转体上设置有 准直 光束的发射端、准直光束的接收端以及惯性 传感器 ，发射端和接收端用于向处理器提供发射接收信息，发射接收信息包括发射准直光束的时刻t1，惯性传感器用于向处理器提供旋转体的第一旋转 角 速度 ω1；处理器用于根据激光雷达提供的测量信息生成测量数据，激光雷达提供的测量信息包括第一旋转角速度ω1和发射接收信息，测量数据包括t1时刻准直光束的发射方向当激光雷达固定在移动平台上时，本发明实施例提供的激光雷达系统能够提高测得的转动信息的准确性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种激光雷达系统，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种激光雷达、激光雷达系统及数据处理方法技术领域[0001] 本发明涉及雷达领域，尤其涉及一种激光雷达、激光雷达系统及数据处理方法。 背景技术[0002] 激光雷达是一种使用准直光束进行非接触式目标物体扫描测距的设备，通过将用于测距的准直光束(如激光)进行一定范围内的旋转，即可实现对所在环境一定环境内物体进行扫描测距，并提取出环境的轮廓信息。相比超声波、图像检测等手段，使用光学扫描测距装置可以实现非常高的扫描测距精度，并且测距速度快。因此激光雷达在工业和民用领域具有非常高的应用价值，目前广泛的应用于机器人自主建图与导航定位、三维场景重建、安防检测等领域。 [0003] 现有的激光雷达系统通常包括处理器和激光雷达，激光雷达一般包括底座和旋转体，旋转体上设置有准直光束的发射端、准直光束的接收端以及检测转动信息的角度传感器，该角度传感器能够检测旋转体相对于底座旋转的角度，一般为光电码盘。 [0004] 但是，目前激光雷达一般放置于移动平台上，若移动平台发生转动，则激光雷达的角度传感器测得的转动信息为旋转体相对于底座的相对转动信息，而不是相对于地面的绝对转动信息。由此可见，目前激光雷达系统在测量数据时测量得到的数据不准确。 发明内容[0005] 本发明实施例提供了一种激光雷达、激光雷达系统及数据处理方法，用于解决激光雷达系统在测量数据时测量得到的数据不准确的问题。 [0006] 为达到上述目的，本发明实施例的一方面提供了一种激光雷达系统，包括：处理器和激光雷达，所述处理器和所述激光雷达之间具有通信连接； [0007] 所述激光雷达包括基座和旋转体，所述旋转体上设置有准直光束的发射端、准直光束的接收端以及惯性传感器，所述发射端和所述接收端用于向所述处理器提供发射接收信息，所述发射接收信息包括发射准直光束的时刻t1，所述惯性传感器用于向所述处理器提供所述旋转体的第一旋转角速度ω1； [0008] 所述处理器用于根据所述激光雷达提供的测量信息生成测量数据，所述激光雷达提供的测量信息包括所述第一旋转角速度ω1和所述发射接收信息，所述测量数据包括t1时刻准直光束的发射方向 通过实施该实施方式，能够使得激光雷达系统测量数据的过程不受移动平台转动的影响，测量得到的数据更加准确。 [0009] 结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述处理器用于根据公式 确定t1时刻准直光束的发射方向 通过实施该实施方式，能够提供一种处理器，该处理器能够根据惯性传感器测得的第一旋转角速度ω1确定准直光束的发射方向[0010] 结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述旋转体上还设置有码盘，所述码盘用于向所述处理器提供第二旋转角速度ω2和第二旋转角度 [0011] 所述测量信息还包括所述第二旋转角速度ω2和所述第二旋转角度 通过实施该实施方式，在设置有惯性传感器的基础上，增设码盘，并通过码盘测量第二旋转角速度ω2和第二旋转角度 能够减少只用一种测量方式进行测量所产生的测量误差。 [0012] 结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述处理器用于根据公式 确定t1时刻所述基座的第一旋转角度 并根据公式 确定t1时刻准直光束的发射方向 通过实施该实施方式，能够提供一种处理器，该处理器能够根据惯性传感器测得的第一旋转角速度ω1，和码盘测得的第二旋转角速度ω2、第二旋转角度 确定准直光束的发射方向 [0013] 结合第一方面、第一方面的第一种可能的实现方式、第一方面的第二种可能的实现方式和第一方面的第三种可能的实现方式中任意一种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述发射接收信息还包括所述激光雷达相对于周边环境的距离所述惯性传感器还用于向所述处理器提供位移量 所述测量数据还包括修正后的所述激光雷达相对周边环境的距离 [0014] 所述处理器用于根据公式 确定修正后的所述激光雷达相对周边环境的距离 通过实施该实施方式，激光雷达系统能够利用惯性传感器测量的位移量对激光雷达相对于周边环境的距离进行修正。 [0015] 本发明实施例的第二方面提供了一种激光雷达，用于实现上述激光雷达系统，通过实施该实施方式，能够提供一种激光雷达，可以辅助实现以上激光雷达系统的功能。 [0016] 本发明实施例的第三方面提供了一种数据处理方法，包括：获取激光雷达发送的测量信息，所述测量信息包括所述激光雷达的发射端和接收端所发送的发射接收信息以及所述激光雷达的惯性传感器所发送的第一旋转角速度ω1，所述发射接收信息包括发射准直光束的时刻t1； [0017] 根据所述测量信息生成测量数据，所述测量数据包括t1时刻准直光束的发射方向通过实施该实施方式，能够使得激光雷达在测量过程中不受移动平台转动的影响，测量得到的数据更加准确 [0018] 结合第三方面，在第三方面的第一种可能的实现方式中，所述根据所述测量信息生成测量数据包括：根据公式 确定t1时刻准直光束的发射方向 通过实施该实施方式，能够提供一种根据惯性传感器测得的第一旋转角速度ω1确定准直光束的发射方向 的方法。 [0019] 结合第三方面，在第三方面的第二种可能的实现方式中，在根据所述测量信息生成测量数据之前，所述方法还包括： [0020] 获取码盘发送的第二旋转角速度ω2和第二旋转角度 [0021] 所述根据所述测量信息生成测量数据包括： [0022] 根据公式 确定t1时刻所述激光雷达的基座的第一旋转角度 [0023] 根据公式 确定t1时刻准直光束的发射方向 [0024] 通过实施该实施方式，能够提供一种根据惯性传感器测得的第一旋转角速度ω1，和码盘测得的第二旋转角速度ω2、第二旋转角度 确定准直光束的发射方向 的方法。 [0025] 结合第三方面、第三方面的第一种可能的实现方式和第三方面的第二种可能的实现方式中任意一种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述发射接收信息还包括所述激光雷达相对于周边环境的距离 所述测量数据还包括修正后的所述激光雷达相对于周边环境的距离 [0026] 在根据所述测量信息生成测量数据之前，所述方法还包括： [0027] 获取所述惯性传感器发送的位移量 [0028] 所述根据所述测量信息生成测量数据包括： [0029] 根据公式 确定修正后的所述激光雷达相对于周边环境的第二距离 [0030] 通过实施该实施方式，能够提供一种利用惯性传感器测量的位移量对激光雷达相对于周边环境的距离进行修正的方法。 [0031] 从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点： [0032] 在激光雷达系统的旋转体上设置惯性传感器，测量旋转体的旋转角速度，将激光雷达固定在移动平台上之后，即使移动平台发生转动，由于惯性传感器测得的旋转角速度为相对于地面的，不受移动平台转动的影响，因此激光雷达系统得到的测量数据更加准确。附图说明 [0033] 图1为本发明实施例的一个应用环境示意图； [0034] 图2为本发明激光雷达的一个实施例示意图； [0035] 图3为本发明激光雷达的另一个实施例示意图； [0036] 图4为本发明装配有码盘的激光雷达的另一个实施例示意图； [0037] 图5为本发明激光雷达系统的一个实施例示意图； [0038] 图6为本发明激光雷达系统的另一个实施例示意图； [0039] 图7为本发明数据处理方法的一个实施例示意图； [0040] 图8为本发明数据处理方法的另一个实施例示意图。 具体实施方式[0041] 本发明实施例提供了一种激光雷达、激光雷达系统及数据处理方法，用于当激光雷达固定在移动平台上时，提高测得的转动信息的准确性。 [0042] 为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。 [0043] 本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚的列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚的列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。 [0044] 图1为本发明的一个应用环境示意图。在图1中，激光雷达1包括基座10和旋转体20，旋转体20能够相对于基座10转动。激光雷达1通过基座10固定在一可移动平台2上，比如遥控小车或者可移动机器人，可移动平台2能够相对地面进行平移或转动。激光雷达1通过固定在可移动平台2上，可以实现对周边环境全方位的扫描。 [0045] 请参考图2和图3，为本发明激光雷达的实施例示意图，本发明实施例的激光雷达可以包括：基座10和旋转体20，旋转体20上设置有准直光束的发射端201、准直光束的接收端202以及惯性传感器203，该惯性传感器203用于测量旋转体20的第一旋转角速度。 [0046] 惯性传感器是基于微机电系统技术的高性能三维运动姿态测量系统，它包含三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘等运动传感器，通过内嵌的低功耗ARM(Acorn RISC Machine)处理器得到经过温度修正的三维姿态、方位、旋转角速度等数据，利用基于四元数的三维算法和特殊数据融合技术，实时输出以四元数、欧拉角表示的零漂移三维姿态方位数据，如此，惯性传感器203便可以侦测出旋转体20的第一旋转角速度ω1及位移量 惯性传感器203测量的第一旋转角速度ω1即为旋转体相对于地面的绝对旋转角速度ω，位移量即为基座或者说可移动平台移动的位移量。发射端201、接收端202和惯性传感器203与旋转体20同步运动，因此旋转体20的转动信息即为发射端201和接收端202的转动信息，其中，转动信息可以包括旋转角速度和旋转角度。 [0047] 在旋转体20设置惯性传感器203，测量转动信息，将惯性传感器203固定在移动平台2上之后，即使移动平台发生转动，惯性传感器203测得的转动信息为相对于地面的绝对转动信息，不受移动平台转动的影响，因此激光雷达测得的转动信息更加准确。 [0048] 为便于激光雷达确定基准位以及旋转体相对于基准位的转动角度，请参考图4，为本发明激光雷达装配有码盘的实施例示意图，本发明激光雷达的旋转体还可以设置有码盘204，具体的该码盘204可以为光电码盘，能够测量旋转体20相对于基座10的第二旋转角速度ω2。码盘204设有标尺，标记有基准位，能够确定t1时刻旋转体20相对于基座10的第二旋转角度 [0049] 激光雷达系统可以包括处理器3和激光雷达1。处理器3可以设置在激光雷达1中，也可以设置于可移动平台上，此处以处理器设置在可移动平台上为例进行说明。处理器3可以接收激光雷达1发送的的转动信息以及发射接收信息，并根据转动信息和发射接收信息，生成测量数据，其中，发射接收信息可以包括激光雷达发射准直光束的时刻t1以及激光雷达相对于周边环境的距离 发射接收信息为通过对发射端发射信号以及接收端接收信号的过程进行检测得到的信息，由于发射端发射信号的时刻与接收端接收信号的时刻之间的时间间隔很短，相对于激光雷达1和可移动小车2的运动而言，可忽略不计，因此，时刻t1可以为发射端发射信号的时刻，也可以为接收端接收信号的时刻，或者也可以为二者之间的某个时刻，此处不做具体限定。测量数据可以包括t1时刻准直光束的发射方向信息以及激光雷达相对于周边环境的距离 发射方向为旋转体相对于初始位置的转动角度[0050] 请参考图5，为本发明激光雷达系统的一个实施例示意图，激光雷达1可以为图2和图3对应的实施例中的激光雷达，激光雷达的具体结构此处不再赘述。惯性传感器203能够向处理器3发送检测到的第一旋转角速度ω1，发射端201和接收端202能够向处理器3发送检测到的发射接收信息，发射接收信息包括发射准直光束的时刻t1以及激光雷达1相对于周边环境的距离 处理器3可以将第一旋转角速度ω1作为旋转体相对于地面的绝对旋转角速度ω，并可以参考公式 计算得到t1时刻准直光束的发射方向。由于惯性传感器测得的旋转角速度为相对于地面的，不受移动平台转动的影响，因此激光雷达系统得到的测量数据更加准确。 [0051] 请参考图6，为本发明激光雷达系统的一个实施例示意图，激光雷达1可以为图4对应的实施例中的激光雷达，激光雷达还包括码盘204。惯性传感器203能够向处理器3发送检测到的第一旋转角速度ω1，码盘204能够向处理器3发送检测到的第二旋转角速度ω2和旋转体相对于基座10的第二旋转角度 发射端201和接收端202能够向处理器3发送检测到的发射接收信息，发射接收信息包括发射准直光束的时刻t1以及激光雷达1相对于周边环境的距离 处理器3可以根据惯性传感器203发送的第一旋转角速度ω1以及码盘204发送的第二旋转角速度ω2和第二旋转角度 计算t1时刻准直光束的发射方向 计算过程可以参考公式 为可移动平台的第一旋转角度。本实施例中，激光雷达系统在惯性传感器的基础上，增设码盘，并根据惯性传感器测得的第一旋转角速度ω1，和码盘测得的第二旋转角速度ω2、第二旋转角度 确定准直光束的发射方向 能够减少只用一种测量方式进行测量所产生的测量误差。 [0052] 可选的，对于图5和图6对应的激光雷达系统，惯性传感器203还可以向处理器3发送位移量 位移量 即为可移动平台移动的位移量，处理器3可以对可移动平台2的位移量 和激光雷达1相对周边环境的距离 进行矢量求和，即可得到修正后的距离 公式为上述矢量求和依据三角正余弦定理即可求出，具体而言，如 与 的夹角为α,其 中 距 离 为 c ， 距 离 为 b ， 距 离 为 a ，则 根 据 正 余 弦 定 理通过本该实施方式，激光雷达系统能够利用惯性传感器测量的位移量对激光雷达相对于周边环境的距离进行修正。 [0053] 请参考图7，为本发明数据处理方法的一个实施例示意图，应用于激光雷达系统，数据处理方法包括： [0054] 701、获取发射接收信息和第一旋转角速度； [0055] 发射端和接收端能够向处理器发送检测到的发射接收信息，处理器可以获取发射端和接收端发送的发射接收信息，发射接收信息可以包括发射准直光束的时刻t1以及激光雷达相对于周边环境的第一距离 惯性传感器能够向处理器发送检测到的第一旋转角速度ω1，处理器可以获取惯性传感器发送的第一旋转角速度ω1。 [0056] 702、根据发射接收信息和第一旋转角速度生成测量数据。 [0057] 处理器可以根据发射接收信息和第一旋转角速度ω1生成测量数据，测量数据可以包括t1时刻准直光束的发射方向信息以及激光雷达相对于周边环境的距离，发射方向信息为旋转体相对于初始位置的转动角度 [0058] 具体的，处理器3可以将第一旋转角速度ω1作为旋转体相对于地面的绝对旋转角速度ω，并可以参考公式 计算得到t1时刻准直光束的发射方向信息。 [0059] 通过本实施例提供的方法，能够提供一种根据惯性传感器测得的第一旋转角速度ω1确定准直光束的发射方向 的方法。使得激光雷达系统测量数据的过程不受移动平台转动的影响，测量得到的数据更加准确 [0060] 请参考图8，为本发明数据处理方法的另一个实施例示意图，应用于激光雷达系统，数据处理方法包括： [0061] 801、获取第二旋转角速度、第二旋转角度、发射接收信息以及第一旋转角速度； [0062] 发射端和接收端能够向处理器发送检测到的发射接收信息，处理器可以获取发射端和接收端发送的发射接收信息，发射接收信息可以包括发射准直光束的时刻t1以及激光雷达相对于周边环境的第一距离 惯性传感器能够向处理器发送检测到的第一旋转角速度ω1，处理器可以获取惯性传感器发送的第一旋转角速度ω1。码盘能够向处理器发送检测到的第二旋转角速度ω2和第二旋转角度 处理器可以获取码盘发送的第二旋转角速度ω2和第二旋转角度 [0063] 802、获取惯性传感器发送的位移量； [0064] 惯性传感器还可以向处理器发送位移量 处理器可以获取惯性传感器发送的位移量 [0065] 803、根据第二旋转角速度和第一旋转角速度计算基座的第一旋转角度； [0066] 处理器可以根据惯性传感器发送的第一旋转角速度ω1和码盘发送的第二旋转角速度ω2，计算t1时刻基座的第一旋转角度 计算过程可以参考公式 [0067] 804、根据第二旋转角度和基座的第一旋转角度确定准直光束的发射方向； [0068] 处理器可以根据t1时刻第二旋转角度 和基座的第一旋转角度 确定t1时刻准直光束的发射方向信息，计算过程可以参考公式 [0069] 至此，提供了一种根据惯性传感器测得的第一旋转角速度ω1，和码盘测得的第二旋转角速度ω2、第二旋转角度 确定准直光束的发射方向 的方法，能够减少只用一种测量方式进行测量所产生的测量误差。 [0070] 805、根据惯性传感器发送的位移量以及激光雷达相对于周边环境的第一距离，确定修正后的第二距离。 [0071] 处理器3可以对可移动平台2的位移量 和激光雷达1相对周边环境的距离 进行矢量求和，即可得到修正后的距离 公式为 上述矢量求和依据三角正余弦定理即可求出，具体而言，如 与 的夹角为α,其中 距离为c， 距离为b，距离为a，则根据正余弦定理： [0072] [0073] 可以确定修正后的第二距离a。 [0074] 在实际应用中，步骤805只要在步骤801和步骤802之后执行即可，具体时序此处不做限定，或者，步骤802和步骤805也可以不执行。 [0075] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。 [0076] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。 [0077] 以上所述，以上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精神和范围。 |
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