[发明专利]一种基于时空变换的激光雷达标定装置及标定方法

说明书

本发明提供了一种基于时空变换的激光雷达标定装置，用于全固态三维面阵激光雷达的标定，包括：待标定三维面阵激光雷达安装部分；合作标定目标安装部分；环境光屏蔽箱体；定向接收主动光源导管以及时间延迟模块；待标定三维面阵激光雷达安装部分、合作标定目标安装部分、环境光屏蔽箱体、定向接收主动光源导管以及时间延迟模块使用固定螺丝、定位孔方式固定，组成一个一体化三维面阵激光雷达标定装置。还公开了相应的标定方法。简单、方便、快捷的标定装置和标定方法，能对三维面阵激光雷达进行快速、精确标定，标定精度高，标定距离范围广，且不要求特殊的标定环境和合作标定目标。

技术领域

本发明涉及激光雷达标定技术，且特别涉及一种基于时空变换的三维面阵激光雷达标定装置及标定方法。

背景技术

全固态三维面阵激光雷达是一种新兴的三维测距成像设备，作为智能装备的“眼睛”，在工业生产、交通物流、安防监控等领域中得到越来越广泛的应用，为诸如流水线产品分拣、机械臂抓取、AGV无人车避障、汽车无人驾驶、三维人脸识别和行为预测等应用实时提供高分辨率的距离信息。

基于ToF(Time of Flight)全固态三维面阵激光雷达，通过向目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行(往返)时间获取目标物距离。为了测量整个场景表面所有目标点的距离信息，传统的距离测量系统将逐点(线)的ToF传感器安装在一个扫描机构上，通过机械扫描方式获取整个场景表面的距离信息。全固态三维面阵激光雷达则是通过将很多ToF传感器集成到一个阵列面上，形成一个矩阵，通过矩阵式ToF传感器一次拍摄成像，即可实时获取整个场景的表面距离信息。

与传统的扫描式激光雷达相比，由于全固态三维面阵激光雷达集成了很多ToF传感器，而单个传感器的AD转换效能、温度漂移特性存在差异，同时受主动光源的不均匀性、同距离目标物回波强度差异等外部因素影响，各传感器获取目标点的距离误差也各不相同。因此，如何解决对ToF传感器上众多像素点同时进行精确标定，修正TOF传感器各像素点的系统误差，提高整体测量精度，是全固态三维面阵激光雷达应用要解决的核心关键技术之一。

现有的全固态三维面阵激光雷达ToF传感器的标定通常采用比较标定法。在距全固态三维面阵激光雷达的视距范围内放置一个材质相同的平整目标物，调整激光ToF传感器像平面与平整目标物平行，在确保稳定的环境光照条件下，采集距离数据该处的距离数据；接着，使用精确的测量工具，获取三维面阵激光雷达与目标物的实际值。在不同距离，重复上述过程，获取另一组测量值与实际值。通过分析计算，得到测量值与实际值的关系，做出误差补偿，完成标定。这种借鉴单点ToF传感器的标定思想的方法，对标定环境要求苛刻，环境条件对标定精度影响显著，更主要的是无法发现在同一工作环境下ToF传感器各像素点差异导致的误差。现有的全固态三维面阵激光雷达ToF传感器标定方法的固有特点决定了它们的局限性，主要表现为：

1)无法消除ToF传感器各像素点的个体差异。传统的标定方法，通过整体标定的方法，没有考虑像素点的个体差异，对所有像素点进行标定后生成一个相同的误差校正值，无法消除不同像素点的个体测量误差。

2)标定精度严重依赖标定使用的合作目标。应用传统方法标定全固态三维面阵激光雷达ToF传感器时，对标定所使用的合作目标的依赖性主要表现在：一是要求在ToF传感器成像区域上的合作目标必须是平整的；二是目标平面必须与传感器像平面平行；三是在任意标定距离下都要求合作目标充满整个ToF成像平面。

3)对标定环境要求苛刻。传统方法标定三维面阵激光雷达ToF传感器时，要在不同标定距离处安装与像平面平行的、且能在该视线距离完全覆盖像平面的标定合作目标，在视场范围内无遮挡，对标定所需的场地和合作标定目标安装条件非常苛刻。同时，为得到精确的标定结果，在标定时要求过滤同波段环境光，在实际应用中，很难满足此标定条件。

4)标定操作复杂，过程繁琐，效率低下。从上述三点的描述，可以发现，传统的标定方法的标定操作复杂繁琐，标定效率底，很难满足产品化要求。