[发明专利]一种基于2D激光雷达3D点云扫描装置及配准算法

说明书

本发明公开了一种基于2D激光雷达3D点云扫描装置及配准算法，包括雷达俯仰扫描机构、角度俯仰机构和俯仰支架，所述雷达俯仰扫描机构包括第一侧板、云台底座、底板、云台电机和第二侧板，所述第一侧板、云台底座、底板和第二侧板连接共同构成云台电机的固定结构，且云台电机驱动由头部上盖和头部下盖固定的红外模组做圆周运动，来扫描障碍物，实现雷达扫描，本发明涉及雷达扫描配准技术领域。该基于2D激光雷达3D点云扫描装置及配准算法，本发明中结构上相比于现有的改造装置有更多的自由度，2D雷达可在自有的平面上进行360°旋转，俯仰装置角度变换范围相比于现有的装置变换范围更广，为0°到180°。

技术领域

本发明涉及雷达扫描配准技术领域，具体为一种基于2D激光雷达3D点云扫描装置及配准算法。

背景技术

现有技术设计的三维俯仰扫描激光测距雷达的系统构成，系统主要由三部分构成：①二维激光俯仰扫描雷达；②俯仰扫描机械装置及驱动；③控制与数据采集单元，俯仰扫描机械装置包括支架和旋转轴，由一个步进电机驱动，控制单元是一个由STM32单片机为核心的控制系统组成，单片机系统通过RS-232，接口和上位计算机相连接，如图1所示，为我们设计的三维俯仰扫描激光测距雷达的系统构成示意图，系统主要由三部分构成：①二维激光俯仰扫描雷达；②俯仰扫描机械装置及驱动；③控制与数据采集单元，俯仰扫描机械装置包括支架和旋转轴，由一个步进电机驱动，控制单元是一个由STM32单片机为核心的控制系统组成，单片机系统通过RS-232接口和上位计算机相连接。

现有技术的缺陷具体如下：

1）现有装置2D雷达的角度较低；

2）现有俯仰装置角度变换范围相比于本发明的装置角度变换范围小；

3）针对迭代最近点ICP算法，在搜索对应点的过程中，计算量非常大的，复杂度比较高。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于2D激光雷达3D点云扫描装置及配准算法，解决了现有装置2D雷达的自由度较低，2D雷达可在自有的平面上旋转的角度为0°-180°，原有俯仰装置角度变换范围相比于本发明的装置角度变换范围小，同时针对迭代最近点算法，在搜索对应点的过程中，计算量非常大的，复杂度比较高的问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于2D激光雷达3D点云扫描装置的配准算法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、首先对点云数据进行边缘提取，记录边缘处点云的位置；

S2、根据点云数据创建若干个边长为L的栅格，其中栅格的边长L根据立方体内点云的密度进行自适应的确定；

S3、对于在栅格中的点云数据，和步骤S1记录的边缘点云数据进行比对，如果为边缘点云不做处理，如果非边缘点云，则对非边缘点云集进行处理；

S4、做完步骤S3的处理，对剩下的点云数据通过ICP算法进行配准。

优选的，所述步骤S3中对非边缘点云集进行处理的方法具体如下：

T1、选取其中随机一点为种子点云，一个种子点云内包括多个点，分别以每个栅格的中心为圆心，点云到圆心之间的距离为半径，即2^1/2L/N(N=2,3,4,…)，进行画圆，N为一个点云内包括点的数量，所以N越大表示一个点云中点的分布越密集，也就意味着扫面半径就越小；

T2、按照步骤T1的扫描算法进行扫描，当扫描一个栅格内点云的点的数量最少时，画圆的圆周和栅格相切，并保留圆周的点云数据；

T3、对于剩余栅格的点云数据，依次如步骤T1-T2步骤进行处理，进而达到对点云数据进行精简的目的。