[发明专利]一种增加激光雷达点云稠密度的装置及方法

权利要求书

1.一种增加激光雷达点云稠密度的方法，其特征在于：使用增加激光雷达点云稠密度的装置，包括上固定板、下固定板、第一平面镜、第二平面镜、固定夹以及激光雷达，所述的上固定板通过支撑杆平行设于下固定板的正上方，所述的第一平面镜的两端通过固定夹分别与上固定板和下固定板连接；所述的第二平面镜的两端通过固定夹分别与上固定板和下固定板连接；在所述的上固定板和下固定板上均设有安装滑槽，所述的固定夹滑动设于安装滑槽内；所述的第一平面镜和第二平面镜均与固定夹转动连接；所述的激光雷达安装于下固定板上，且位于第一平面镜与第二平面镜之间；具体包括以下步骤：

S1.获取标定数据，调整第一平面镜和第二平面镜的位置使得非兴趣区域点云投射到兴趣区域的标定板上，调整标定板的朝向与位置，记录多帧点云文件；

S2.计算特征，根据水平FOV的范围进行点云分类，第一类为未经镜面反射的激光点云，第二类为经过镜面反射后的激光点云；对各部分点云进行标定板特征检测，标定板特征包括点云平面的法向量，标定板点云的四条边缘方向，标定板点云的四个角点三维坐标；

S3.对多帧点云特征进行配准，计算出旋转平移矩阵，将非兴趣区域点云投射到兴趣区域。

2.根据权利要求1所述的一种增加激光雷达点云稠密度的方法，其特征在于，所述的下固定板上的安装滑槽设有多个，多个安装滑槽对称设于下固定板中轴线的两侧，所述的激光雷达设于下固定板的中轴线上；所述的上固定板上设有与下固定板上的安装滑槽一一对应的安装滑槽。

3.根据权利要求2所述的一种增加激光雷达点云稠密度的方法，其特征在于：所述的S1步骤具体包括：

S11.设定环境：将增加激光雷达点云稠密度的装置安装完毕，使激光雷达正面朝向兴趣区域；将标定板放置在兴趣区域，调整第一平面镜和第二平面镜的角度，使得非兴趣区域的点云投射到兴趣区域，并将第一平面镜和第二平面镜固定；

S12.记录数据：调整标定板的朝向，记录下N帧数据；确定兴趣区域的点云水平角度范围(θ_a1，θ_a2)，镜像点云水平角度范围(θ_b1，θ_b2)。

4.根据权利要求3所述的一种增加激光雷达点云稠密度的方法，其特征在于：所述的S2步骤具体包括：

S21.将整体点云根据其水平角度范围，分成兴趣区域原始点云和非兴趣区域镜像点云两个部分，使用上标o、r分别代表所属的点云；使用下标i(i＝1，2...，N)表示第i帧点云，使用下标j(j＝1，2，3，4)表示第j条直线，使用下标k(k＝1，2，3，4)表示第k个标定板角点；使用下标p表示平面特征，使用下标l表示直线特征；使用n代表法向量或方向向量，使用C代表标定板角点；如：表示第i帧原始点云平面法向量，表示第i帧镜像点云第j条直线的方向向量；

S22.利用点云水平角度范围(θ_a1，θ_a2)，通过遍历每一个点云(x，y，z)，分离出的点云，得到兴趣区域原始点云，由于雷达的噪声为±3cm，将阈值设置为3cm，使用RANSAC算法检测出标定板平面点云，对于该平面点云，使用SVD分解，拟合出点云平面的法向量选取每条扫描线的两端边缘点，使用SVD分解边缘点坐标，拟合出4条直线，将直线投影到标定板平面上，得到直线特征相邻直线的交点就是标定板的边缘点，记为

S23.利用点云水平角度范围(θ_b1，θ_b2)，分离出非兴趣区域镜像点云，对镜像点云使用RANSAC算法检测出标定板平面镜像点云，对于该平面点云，使用SVD分解拟合出点云平面的法向量四条直线特征标定板的边缘点记为

5.根据权利要求4所述的一种增加激光雷达点云稠密度的方法，其特征在于：所述的S3步骤具体包括：

S31.计算旋转平移矩阵：将原始点云的特征：N个法向量和4*N个方向向量排列成一个3*5N的矩阵，记为：

将镜像点云的特征按照相同的顺序排列成一个3*5N矩阵，记为：

对Fr*F^oT做SVD分解，[u，s，v]＝SVD(F^r*F^o′)，即可计算得到旋转反射矩阵：

R＝v*u^T (3)

特别指出该矩阵R不是旋转矩阵，而是旋转矩阵与反射矩阵的复合，即：

R＝R_rotate*R_reflect (4)

其行列式|R|＝-1；

S32.对于具有对应关系的一组边缘点和在假设无噪声的情况下，有：

S33.对于4*N组边缘点所计算出的求均值，计算得到平移矩阵t；

S34.利用下式的旋转平移矩阵将水平角度范围(θ_b1，θ_b2)的非兴趣区域的点云；通过公式(7)投射到兴趣区域上；所述的旋转平移矩阵为：

其中，[x₀ y₀ z₀ 1]^T为非兴趣区域点云原始坐标的齐次表示，[x₁ y₁ z₁ 1]^T为投射到兴趣区域后的新坐标。