一种二维扫描型激光雷达的扫描数据修正方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传感器检测领域，特别是一种二维扫描型激光雷达的扫描数据修正方 法及系统。
【背景技术】
[0002] 二维扫描型激光雷达可准确实时的提供一定范围内（一般为0°~180° )位于单个 扫描平面内的距离信息，近年来，二维扫描型激光雷达由于具有体积小、价格合理、精度高 等优势而被广泛用于机器人领域，配合其他传感器进行环境检测，并完成任务。
[0003] 通过集成在激光雷达激光发射器上的可旋转镜片，激光雷达可在正前方测量区域 中建立一个二维的扇形测量面(一般是0°~180°)，激光雷达发出的激光束接触到扇形测量 面内的目标表面后反射回来，即可以建立被扫描目标表面的二维轮廓图。
[0004] 从上述扫描型激光雷达的原理可以看出，当激光雷达和环境处于相对静止的时， 测量值精度较高。但是当激光雷达或环境处于相对运动状态时，由于激光雷达的激光发射 线是依靠负载电机的转动从而覆盖出扇形的扫描区域，那么，在测量范围的上限（如〇°)和 下限（如180°)是在两个不同时刻的测量值，因此，一个扫描周期下的环境数据并不是同一 时刻的数据。假设激光雷达扫描角度是150°，角度分辨率是30°，扫描周期为100ms，速度为1 单位/100ms，如图1所示，图1为激光雷达运动状态下误差来源示意图；当第一线激光束发出 时，激光雷达处于1#位置，当激光雷达到达6#位置时，一个扫描周期结束。此时，激光雷达记 录的数据分别是：{1，2,3,4,5,⑥}，而从图中显然可以看到，当激光雷达处于6#位置的时 候，其距离数据应该为：{①，②，③，④，⑤，⑥}，因此，测量数据产生了误差。不难看出，产生 误差的来源主要由2个方面影响:环境(如墙体)相对激光雷达的角度和激光雷达相对环境 (如墙体)的速度。
[0005] 如果将二维扫描型激光雷达安放在对速度相对较快，且对环境检测实时性要求较 高时，往往需要修正激光雷达的环境数据。目前，针对如何解决运动状态下二维扫描型激光 雷达的扫描数据误差问题，国内外还没有相关文献及研究。随着该类型激光雷达的快速普 及，对运动状态下出现的误差的修正有着重要的意义。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是提供一种二维扫描型激光雷达的扫描数据修正方法;该方法针 对二维扫描型激光雷达处于运动情况下，其扫描数据修正的方法。适用于二维扫描型激光 雷达环境检测方面。
[0007] 本发明的目的是通过这样的技术方案实现的：
[0008] 本发明提供的二维扫描型激光雷达的扫描数据修正方法，包括以下步骤：
[0009] S1:获取激光雷达扫描参数，所示扫描参数包括扫描周期、角度分辨率、扫描范围、 线数；
[0010] S2:获取扫描周期内第i线激光束的距离信息；
[0011] S3:根据第i线激光束的距离信息和上一周期的该线激光束的距离获取第i线激光 束相对于扫描环境的当前角度；
[0012] S4:通过传感器获取激光雷达当前速度；
[0013] S5:根据当前速度获取第i线激光束到扫描环境的当前距离；
[0014] S6:根据激光雷达第i线激光束的当前距离和激光雷达的当前速度得到第i线激光 束的修正值；
[0015] S7:获取第i线激光束在t时刻的扫描距离；
[0016] S8:利用第i线激光束的修正值和扫描距离得到第i线激光束在t时刻扫描的真实 扫描值；
[0017] S9:重复循环步骤S2-S8得到激光雷达所有线激光束的真实扫描值。
[0018] 进一步，所述第i线激光束相对于扫描环境的当前角度，具体通过以下步骤来实 现：
[0019] 获取上一周期第i线激光束的扫描距离；
[0020] 获取当前周期第i线激光束的扫描距离；
[0021] 根据以下公式计算第i线激光束所扫描处环境的当前角度：
[0023] 式中，
[0024] 表示第i线激光束所扫描处环境的当前角度：
[0025] S(t-T)表示上一周期第i线激光束的扫描距离；
[0026] St表示当前周期第i线激光束的扫描距离；
[0027] v表示激光雷达当前速度；
[0028] T表不扫描周期；
[0029] i表示第i线激光束；
[0030] ?表示扫描范围；
[0031] γ表示角度分辨率。
[0032]进一步，所述第i线激光束的修正值按照以下公式来实现：
[0034]式中，
[0035] Λ St⑴表示第i线激光束的修正值；
[0036] t表示第i线激光束的扫描时间。
[0037] 进一步，所述第i线激光束的真实扫描值按照以下公式来实现：
[0038] Sreal(i) = St(i)-A St(i)；
[0039]式中，Sreal⑴表不真实扫描值。
[0040] 本发明提供的二维扫描型激光雷达的扫描数据修正系统，包括激光雷达、速度采 集单元、修正值生成单元和真实扫描值生成单元；
[0041] 所述激光雷达用于获取扫描环境的扫描数据并将扫描数据发送到修正值生成单 元和真实扫描值生成单元;所述速度采集单元用于获取激光雷达的运动速度并将运动速度 发送到修正值生成单元;所述修正值生成单元根据接收的扫描数据和运动速度生成激光雷 达的修正值并将修正值发送到真实扫描值生成单元;所述真实扫描值生成单元根据修正值 和扫描数据生成真实扫描值。
[0042]进一步，还包括与修正值生成单元连接的激光雷达参数预置单元，所述激光雷达 参数预置单元用于存储激光雷达扫描参数，所示扫描参数包括扫描周期、角度分辨率、扫描 范围和线数。
[0043]进一步，所述修正值生成单元按照以下步骤生成修正值：
[0044] S61:获取扫描周期内第i线激光束的距离信息；
[0045] S62:根据第i线激光束的距离信息获取第i线激光束相对于扫描环境的当前角度；
[0046] S63:通过传感器获取激光雷达当前速度；
[0047] S64:根据当前速度获取第i线激光束到扫描环境的当前距离；
[0048] S65:根据激光雷达第i线激光束的当前距离和激光雷达的当前速度得到第i线激 光束的修正值。
[0049] 进一步，所述真实扫描值生成单元按照以下步骤生成真实扫描值值：
[0050] S81:获取第i线激光束在t时刻的扫描距离；
[0051 ] S82:利用第i线激光束的修正值和扫描距离得到第i线激光束在t时刻扫描的真实 扫描值。
[0052]进一步，所述第i线激光束相对于扫描环境的当前角度，具体通过以下步骤来实 现：
[0053]获取上一周期第i线激光束的扫描距离；
[0054]获取当前周期第i线激光束的扫描距离；
[0055]根据以下公式计算第i线激光束所扫描处环境的当前角度：
[0057]式中，
[0058] 表示第i线激光束所扫描处环境的当前角度：
[0059] S(t-T)表示上一周期第i线激光束的扫描距离；
[0060] St表示当前周期第i线激光束的扫描距离；
[0061] v表示激光雷达当前速度；
[0062] T表不扫描周期；
[0063] i表示第i线激光束；
[0064] 錢表示扫描范围；
[0065] γ表示角度分辨率。
[0066]进一步，所述第i线激光束的修正值按照以下公式来实现：
[0068]式中，
[0069] Λ St⑴表示第i线激光束的修正值；
[0070] t表示第i线激光束的扫描时间；
[0071] 所述第i线激光束的真实扫描值按照以下公式来实现：
[0072] Sreal(i) = St(i))_ A St(i);
[0073] 式中，Sreal⑴表示真实扫描值。
[0074] 由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
[0075] 本发明提供的二维扫描型激光雷达的扫描数据修正方法，通过实时获取运动中的 激光雷达姿态，在一个激光雷达扫描周期内对环境数据进行误差计算和补偿，从而达到对 二维扫描型激光雷达扫描数据的误差修正，使机器人在与环境相对运动时，提高了环境检 测的精度并提升了机器人导航的可靠性