激光扫描设备标定的方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明涉及无人驾驶技术领域，特别涉及一种激光扫描设备标定的方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

随着无人驾驶技术的发展，无人驾驶车辆中的导航系统可以提供导航路径，以使无人驾驶车辆按照该导航路径行驶。同时，无人驾驶车辆还可以通过激光扫描设备实时扫描周围环境，得到周围环境的三维图像，从而使得无人驾驶车辆能够结合周围环境和导航路径行驶，以避开周围环境中的障碍物，进一步保证驾驶的安全性。然而，该三维图像所在的激光坐标系和导航路径所在的车辆坐标系之间存在一定的位置偏移和角度偏移，因此，使用激光扫描设备之前，还需对该激光扫描设备进行标定。

相关技术中，对激光扫描设备进行标定的过程为：通常在标定场中搭建标志物，并在标志物中设置多个位置明显的标定点，从而建立包括多个标定点的标定场。并在标定场中建立以无人驾驶车辆为坐标原点的车辆坐标系，通过传统测绘方式，人工测量每个标定点在车辆坐标系中的坐标。然后，建立以激光扫描设备为原点的激光坐标系，通过激光扫描设备扫描该标定场，得到一帧点云数据，该帧点云数据包括标定场中标志物的表面点的集合，以及表面点的集合中每个点在激光坐标系中的坐标。基于该帧点云数据，人工选取出表面点的集合中的多个标点定，获取该每个标定点在激光坐标系中的坐标。根据每个标定点在车辆坐标系中的坐标，以及该标定点在激光坐标系中的坐标，通过svd(singularvaluedecomposition，奇异值分解)算法，计算出激光坐标系相对于车辆坐标系的偏移位姿，该偏移位姿包括激光坐标系相对于车辆坐标系的偏移位置的数值和偏航角的数值，直接将该偏移位姿作为激光扫描设备的激光外参数的数值。其中，该航偏角为激光坐标系的x轴(激光扫描设备正前方)与车辆坐标系的x轴(无人驾驶车辆正前方)之间的夹角。通过该激光外参数的数值，对激光扫描设备进行标定。

在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：

上述方法需要人工建立标定场，并且后续还需通过人工测量或识别的方法，才能确定每个标定点在车辆坐标系中的坐标，以及在激光坐标系中的坐标，从而导致上述激光扫描设备标定方法效率低。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种激光扫描设备标定的方法、装置、设备及存储介质，可以解决相关技术中激光扫描设备标定方法效率低的问题。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种激光扫描设备标定的方法，所述方法包括：

基于激光扫描设备对目标区域进行扫描所得到的至少两帧点云数据，获取每帧点云数据中至少一个地物要素的第一坐标，所述第一坐标为所述至少一个地物要素在激光坐标系中的坐标；

基于所述目标区域的地图数据，确定所述每帧点云数据中至少一个地物要素在车辆坐标系中的第二坐标；

对于所述每帧点云数据，根据所述至少一个地物要素的第一坐标和第二坐标，确定所述每帧点云数据的偏移位姿；

根据所述至少两帧点云数据的偏移位姿，计算所述激光扫描设备的激光外参数的数值，以标定所述激光扫描设备。

第二方面，提供了一种激光扫描设备标定的装置，所述装置包括：

获取模块，用于基于激光扫描设备对目标区域进行扫描所得到的至少两帧点云数据，获取每帧点云数据中至少一个地物要素的第一坐标，所述第一坐标为所述至少一个地物要素在激光坐标系中的坐标；

第一确定模块，用于基于所述目标区域的地图数据，确定所述每帧点云数据中至少一个地物要素在车辆坐标系中的第二坐标；

第二确定模块，用于对于所述每帧点云数据，根据所述至少一个地物要素的第一坐标和第二坐标，确定所述每帧点云数据的偏移位姿；

计算模块，用于根据所述至少两帧点云数据的偏移位姿，计算所述激光扫描设备的激光外参数的数值，以标定所述激光扫描设备。

第三方面，提供了一种计算机设备，包括处理器、存储器，其中，所述存储器，用于存放计算机程序；所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的计算机程序，实现第一方面所述的激光扫描设备标定的方法所执行的操作。

第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现第一方面所述的激光扫描设备标定的方法所执行的操作。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例中，终端可以基于激光扫描设备对目标区域进行扫描所得到的至少两帧点云数据，获取每帧点云数据中至少一个地物要素的第一坐标，该第一坐标为该至少一个地物要素在激光坐标系中的坐标；并且，终端直接基于车辆的该目标区域的地图数据，即可确定该每帧点云数据中至少一个地物要素在车辆坐标系中的第二坐标；从而直接根据该第一坐标和第二坐标进行后续过程，省略了人工建立标定场以及人工量取的过程，提高了确定第一坐标和第二坐标的效率，从而提高了对激光扫描设备进行标定的效率。并且，对于该每帧点云数据，终端根据该至少一个地物要素的第一坐标和第二坐标，确定该每帧点云数据的偏移位姿；后续继续根据该至少两帧点云数据的偏移位姿，计算该激光扫描设备的激光外参数的数值，以标定该车辆中的该激光扫描设备。由于终端根据多帧点云数据计算该激光扫描设备的激光外参数的数值，降低了每帧点云数据中的随机噪声的干扰，从而减小了误差，进而提高了确定激光外参数的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种驾驶系统示意图；

图2是本发明实施例提供的一种激光扫描设备标定的方法流程图；

图3是本发明实施例提供的一种预设扫描路线示意图；

图4是本发明实施例提供的一种第一距离示意图；

图5是本发明实施例提供的一种第二距离示意图；

图6是本发明实施例提供的一种激光扫描设备标定的装置的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

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楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了对激光扫描设备进行标定的方法。其中，该激光扫描设备可以为安装在任一需要导航的驾驶器中的激光扫描设备。例如，该激光扫描设备可以安装于无人驾驶车辆、无人机或者需要导航的机器人等驾驶器中，本发明实施例对此不作具体限定。本发明实施例仅以安装在车辆中的激光扫描设备为例进行说明。

图1是本发明实施例提供的一种驾驶系统示意图，该驾驶系统包括：激光扫描设备101和导航系统102。

导航系统102中预先存储了地图数据，该地图数据至少包括目标区域中的每个地物要素在地图坐标系中的位置坐标。该导航系统102中包括gps(globalpositioningsystem，全球定位系统)和imu(inertialmeasurementunit，惯性测量单元)。导航系统102可以通过gps接收卫星信号，实时定位车辆在地图坐标系中的当前位置坐标。该导航系统102可以根据车辆的当前位置坐标和车辆的目的地位置坐标，在地图数据中确定车辆的导航路径，并将该导航路径在地图坐标系中对应的路径坐标经地心坐标系、站心坐标系转换到车辆坐标系中，以使车辆按照该车辆坐标系中的导航路径行驶。并且，该imu中集成了加速度计和陀螺仪，车辆行驶过程中，导航系统102还可以通过imu实时获取车辆在车辆坐标系中的航向角和行驶速度，从而实时监控车辆的行驶状态。

该驾驶系统中还包括激光扫描设备101，车辆行驶过程中，车辆还可通过激光扫描设备101实时扫描周围环境，得到周围环境的多帧点云数据，每帧点云数据包括周围环境中的每个障碍物在激光坐标系中的位置坐标；障碍物包括但不限于周围环境中固定的地物要素以及移动的其它车辆、行人等；并基于激光扫描设备101的激光外参数，将周围环境中每个障碍物在激光坐标系中的位置坐标转换到车辆坐标系中；车辆可以结合车辆坐标系中的导航路径和周围环境中每个障碍物行驶，从而进一步保证车辆行驶的安全性。

下面，针对上述驾驶系统中出现的名词以及会涉及到的一些坐标系和参数等进行介绍：

该地图数据可以为根据用户需要，预先设置并存储的待行驶区域的地图数据。进一步地，地图数据可以为高精地图数据。该高精地图数据为具有厘米级定位精度，且包括道路附属设施信息(如红绿灯、电子眼和交通路牌等)和动态交通信息的下一代导航地图，通过该高精地图数据可以更加准确地进行导航。

其中，该车辆可以为无人驾驶车辆，该无人驾驶车辆通过导航系统102获取导航路径，以及通过激光扫描设备101获取周围环境的多帧点云数据，从而使得无人驾驶车辆可以结合车辆坐标系中的导航路径和周围环境中每个障碍物行驶，进一步保证无人驾驶车辆可以安全行驶。

该地图坐标系一般为wgs84(worldgeodeticsystemfor1984，1984年世界大地坐标系)，每个地物要素的位置坐标即为该wgs84坐标系中该地物要素的经纬度坐标和高程坐标。

该车辆坐标系为以车辆为坐标原点，以车辆行驶的正前方为x轴正方向，以水平向左且与x轴垂直的方向为y轴正方向，以竖直向上的方向为z轴正方向。

该激光坐标系为以激光扫描设备为坐标原点，以激光扫描设备的正前方为x轴正方向，以水平向左且垂直于x轴的方向为y轴正前方，以竖直向上的方向为z轴正方向的坐标系。

该地心坐标系为以地球质心为坐标原点o，以首子午面与赤道面的交线向东的方向为x轴正方向，以地球旋转轴向北的方向为z轴正方向，以与xoz平面垂直且根据右手法则确定的方向为y轴正方向，建立的空间直角坐标系。

该站心坐标系为以站心为坐标系原点，以地球椭球的长半轴向东的方向(东向)为x轴正方向，以地球椭球短的半轴向北的方向(北向)为y轴正方向，以地球椭球法线向上(天向)为z轴正方向，建立的空间直角坐标系。

激光扫描设备的激光外参数为激光坐标系和车辆坐标系之间的偏移位置和偏航角。其中，偏移位置为激光坐标系相对于车辆坐标系在x轴、y轴方向上的偏移距离，该偏航角为激光坐标系的x轴与车辆坐标系的x轴之间的夹角，即激光扫描设备的正前方与该车辆行驶的正前方之间的夹角。另外，本发明还涉及到车辆的航向角。该航向角是指车辆行驶的正前方与正北方向之间的夹角。

图2是本发明实施例提供的一种激光扫描设备标定的方法流程图。该方法的执行主体为终端，该终端可以为车载终端或者具备数据处理功能任一终端，参见图2，该方法包括：

201、终端通过激光扫描设备，基于预设扫描路线扫描目标区域，得到至少两帧点云数据，该目标区域为包括该至少一个地物要素的任一区域。

其中，该激光扫描设备安装于车辆中，可以设置于车辆的前侧或侧面，用以对车辆周围的环境进行扫描。该预设扫描路线可以是为了对目标区域进行扫描以设计的行驶路线。

本发明实施例中，本步骤可以为：终端获取预设扫描路线，将该预设扫描路线作为车辆的行驶路线，控制车辆沿该预设扫描路线行驶。在车辆沿该预设扫描路线行驶过程中，终端每隔预设时长，控制激光扫描设备对目标区域进行一次扫描，得到一帧该目标区域的点云数据。整个行驶过程中，终端控制激光扫描设备至少进行两次扫描，得到至少两帧目标区域的点云数据。该每帧点云数据包括但不限于目标区域中每个障碍物的表面点的集合，以及每个表面点在激光坐标系中的位置坐标。其中，该预设时长可以根据用户需要设置并更改，本发明实施例对此不做具体限定。例如，该预设时长可以为100毫秒、5秒等。

其中，该地物要素包括但不限于：目标区域中固定的马路牙子、道路护栏、杆状地物或者交通标志牌等。由于该地物要素为目标区域中位置固定的物体，因此，以目标区域中的地物要素作为标点的基本元素，可以通过确定该地物要素在各个坐标系中的不同坐标来最终对激光扫描设备进行标定。

本发明实施例中，该目标区域可以为包括至少一个地物要素的任一区域，为了避免环境噪声干扰，终端可以选择行人较少的空旷区域作为目标区域。激光扫描设备对该目标区域进行扫描得到的多帧点云数据中，存在的其他车辆等不必要的噪声数据较少，从而减少了环境噪声的干扰，提高了后续基于点云数据提取至少一个地物要素的第一坐标的准确性。

本发明实施例中，该预设扫描路线可以为基于该目标区域所确定的扫描路线，一般地，所确定的预设扫描路线为围绕该目标区域的环形路线。发明人认识到，实际作业时，由于车辆行驶过程中，其行驶方向可以为东、南、西、北等方向中的任意方向。因此，终端可控制车辆沿环状道路行驶，从而可以得到每个行驶方向上目标区域的点云数据。并且，由于车辆行驶时，需遵守交通规则靠道路一侧行驶，终端采集的每帧点云数据为偏左侧或者偏右侧的点云数据。因此，终端可以控制车辆沿环状道路往返行驶，即，控制车辆沿环状道路顺时针行驶一圈，再逆时针沿该环状道路行驶一圈，使得车辆在道路偏左侧行驶时和偏右侧行驶时均可进行扫描，提高了后续根据每帧点云数据的偏移位姿确定激光外参数的数值的准确性。

如图3所示，该目标区域为a区域，该预设扫描路线可以为围绕a区域的环形路线，即，终端控制车辆从起点b处沿环状道路顺时针行驶一圈，回到起点b，再从起点b处逆时针沿该环状道路行驶一圈。

202、对于每帧点云数据，终端提取该至少一个地物要素在该激光坐标系中的第一坐标。

本发明实施例中，由于每帧点云数据包括目标区域中每个障碍物的表面点的集合以及每个表面点在激光坐标系中的位置坐标，终端还需从每帧点云数据中提取至少一个地物要素的第一坐标，该第一坐标为该至少一个地物要素在激光坐标系中的坐标。

对于每帧点云数据，终端通过预设提取算法，从点云数据中提取至少一个地物要素对应的点集。对于每个地物要素，将该地物要素对应的点集在激光坐标系中的位置坐标集合作为该地物要素的第一坐标；进而得到每帧点云数据包括的至少一个地物要素的第一坐标。其中，该预设提取算法可以根据用户需要设置并更改，本发明实施例对此不做具体限定。例如，该预设提取算法可以为：基于分割的提取算法或者基于检测的提取算法。

需要说明的是，上述步骤201-202事实上是终端基于激光扫描设备对目标区域进行扫描所得到的至少两帧点云数据，获取每帧点云数据中至少一个地物要素的第一坐标的具体实现方式。但是，上述具体实现方式还可以由其他实现方式替代，上述具体实现方式实际上是通过实时的扫描获取到点云数据，而在实际场景中，还可以通过从预先扫描得到的历史数据中获取该目标区域的至少两帧点云数据来实现，本发明实施例对此不做具体限定。

203、终端从导航系统中获取该目标区域的地图数据，该地图数据包括该至少一个地物要素在地图坐标系中的经纬度坐标和高程坐标。

本发明实施例中，车辆的导航系统中存储了目标区域的地图数据，终端可以根据目标区域的区域信息从导航系统中获取目标区域的地图数据。当然，导航系统中还可以存储有目标区域以外的任意区域的地图数据，该地图数据实际上是目标区域的高精地图数据，因此，该目标区域的地图数据至少包括目标区域中至少一个地物要素在地图坐标系中的位置坐标。其中，区域信息可以为目标区域的区域标识或经纬度范围。例如，该区域标识可以为该区域的名称。

本发明实施例中，终端需要获取该目标区域在车辆坐标系和激光坐标系之间的差异，因此，终端获取该目标区域中至少一个地物要素的第一坐标后，终端还需获取该至少一个地物要素在地图坐标系中的位置坐标，从而终端后续确定该至少一个地物要素在车辆坐标中的第二坐标。

由于终端可以通过导航系统定位车辆在地图坐标系中的当前位置坐标，因此，对于每帧点云数据，终端获取每帧点云数据时，还需要通过导航系统中的地图数据，获取该帧点云数据包括的至少一个地物要素在地图坐标系中的位置坐标，并将该位置坐标转换为车辆坐标系中的第二坐标。

在一种可能实现方式中，区域信息可以为区域标识，终端可以存储区域标识和地图数据的对应关系，相应的，终端从导航系统中获取该目标区域的地图数据的步骤可以为：终端获取目标区域的区域标识，根据该目标区域的区域标识，从区域标识和地图数据的对应关系中，获取该目标区域对应的地图数据。

在一种可能实现方式中，区域信息可以为经纬度范围，终端存储经纬度范围和地图数据的对应关系，相应的，终端从导航系统中获取该目标区域的地图数据的步骤可以为：终端获取目标区域的经纬度范围，根据该目标区域的经纬度范围，从经纬度范围和地图数据的对应关系中，获取该目标区域对应的地图数据。

204、终端对于该每帧点云数据，根据该目标区域的地图数据，确定该至少一个地物要素在该车辆坐标系中的第二坐标。

由于车辆行驶过程中，终端获取每帧点云数据时，以车辆为原点的车辆坐标系也随之移动，为了确定每帧点云数据中对应的至少一个地物要素在车辆坐标系中的第二坐标，对于每帧点云数据，终端获取该帧点云数据的同时，根据该帧点云数据中包括的至少一个地物要素，从该地图数据中，获取该至少一个地物要素在地图坐标系中的经纬度坐标和高程坐标。终端根据该至少一个地物要素在地图坐标系中的经纬度坐标和高程坐标，确定该至少一个地物要素在车辆坐标系中的第二坐标。

其中，因此，终端根据该至少一个地物要素在地图坐标系中的经纬度坐标和高程坐标，确定该至少一个地物要素在车辆坐标中的第二坐标的过程可以为：终端先将该至少一个地物要素在地图坐标系中的经纬度坐标和高程坐标，转换为以地球质心为原点的地心坐标系中位置坐标，再将该至少一个地物要素在地心坐标系中的位置坐标，转换为站心坐标系中的位置坐标。终端通过导航系统中的imu，获取车辆的航向角，终端根据该航向角，将该至少一个地物要素在站心坐标系中的位置坐标转换为车辆坐标系中的第二坐标。

本发明实施例中，站心坐标系与车辆坐标系的坐标原点均相同，只是x、y轴正方向不同，车辆坐标系的x轴正方向与站心坐标系的y轴正方向之间的夹角大小为车辆的航向角。因此，终端可以先将至少一个地物要素在地图坐标系中经地心坐标系转换到站心坐标系中，再根据车辆的航向角，最终获取至少一个地物要素的第二坐标。

本发明实施例中，由于通过导航系统获取的地图数据中会存在系统偏差，该系统偏差为该地图数据中地物要素在地图坐标系中的位置坐标，与实际该地物要素在地图坐标系中的位置坐标之间的位移偏差。因此，为了提高确定第二坐标的准确性，终端还需考虑该系统偏差对第二坐标的影响。具体的，终端根据该航向角，将该至少一个地物要素在站心坐标系中的位置坐标转换为车辆坐标系中的第二坐标的过程可以为：终端获取地图数据的初始系统偏差，根据该初始系统偏差，对站心坐标系中的位置坐标进行调整。终端根据该航向角，将调整后的位置坐标转换为车辆坐标系中的第二坐标。

其中，该对位置坐标进行调整的过程可以表示为以下过程：该初始系统偏差可以用(x′0,y′0)表示，即，终端将该至少一个地物要素在站心坐标系中的位置坐标，沿x轴正方向偏移x′0个单位距离，沿y轴正方向偏移y′0个单位距离。

需要说明的是，上述步骤203-204事实上是终端基于该目标区域的地图数据，确定该每帧点云数据中至少一个地物要素在车辆坐标系中的第二坐标的具体实现方式。但是，上述具体实现方式还可以由其他实现方式替代，上述具体实现方式实际上是通过从导航系统中获取目标区域的地图数据进而获取第二坐标，而在实际作业时，终端还可以预先从导航系统中获取目标区域的地图数据，并将目标区域的地图数据存储在终端中，进而基于终端中已存储的目标区域的地图数据确定第二坐标，本发明实施例对此不做具体限定。

本发明实施例中，该每帧点云数据的偏移位姿为终端获取每帧点云数据时，该激光坐标系和车辆坐标系之间的偏移位姿，由于随着车辆的移动，该以激光扫描仪为坐标原点的激光坐标系，和以车辆为坐标原点的车辆坐标系也随之移动，导致每帧点云数据的偏移位姿可能相同，也可能不相同。因此，终端还需通过以下步骤205-207，确定每帧点云数据的偏移位姿。

205、终端获取该车辆坐标系和该激光坐标系之间的初始偏移位姿。

本发明实施例中，该偏移位姿包括该车辆坐标系和该激光坐标系之间的偏移位置的数值和偏航角的数值。该车辆坐标系和该激光坐标系之间的偏移位置可以用激光坐标系的坐标原点在该车辆坐标系中的位置坐标表示，该偏航角可以用激光坐标系的x轴与车辆坐标系的x轴之间的夹角表示。

本发明实施例中，先通过步骤205确定每帧点云数据的初始偏移位姿，后续再通过步骤206-207，确定每帧点云数据的偏移位姿。其中，该初始偏移位姿包括初始偏移位置的数值和初始偏航角的数值。

本步骤中，终端可以通过测量的方式，预先获取并存储车辆坐标系和激光坐标系之间的初始偏移位姿，将该初始偏移位姿作为该每帧点云数据的初始偏移位姿。具体的，终端可以通过卷尺等测量工具，测量该激光扫描设备在该车辆坐标系中的坐标，以及激光坐标系的x轴与车辆坐标系的x轴之间的夹角，将测量的坐标作为初始偏移位置的数值，将测量的夹角作为初始偏航角的数值。

206、对于该每帧点云数据，终端根据该初始偏移位姿和该至少一个地物要素的第二坐标，确定该至少一个地物要素的第三坐标，该第三坐标为该至少一个地物要素在该激光坐标系中的坐标。

本步骤可以为：对于该每帧点云数据，终端根据该帧点云数据的初始偏移位姿中的初始偏移位置的数值，将该至少一个地物要素的第二坐标进行偏移位置，终端根据该帧点云数据的初始偏移位姿中的初始偏航角的数值，将偏移位置后的第二坐标进行角度偏移。终端将偏移位置和角度偏移后的位置坐标作为该至少一个地物要素的第三坐标。

其中，该初始偏移位置的数值可以用(dx″,dy″)表示，该初始偏航角可以用dyaw″表示，即，终端将该至少一个地物要素的第二坐标，沿x轴正方向偏移dx″个单位距离，沿y轴正方向偏移dy″个单位距离，并将偏移后的第二坐标逆时针旋转dyaw″个单位角度。

207、终端根据该至少一个地物要素的第一坐标和第三坐标，确定该每帧点云数据的偏移位姿。

本发明实施例中，由于每帧点云数据均对应一个偏移位姿，因此，终端可以通过步骤207先确定每帧点云数据对应的偏移位姿，从而后续可以根据多帧点云数据对应的偏移位姿，确定一个能够体现一般规律的偏移位姿。

本步骤可以通过以下步骤2071-2072实现。

2071、终端根据该至少一个地物要素的第一坐标和第三坐标，计算每个第一点状要素和相邻第二点状要素之间的第一距离，以及该每个第一点状要素和相邻线状要素之间的第二距离。

本发明实施例中，在每帧点云数据中，每个地物要素由点状要素和线状要素组成，其中，该第一点状要素为该第一坐标对应的至少一个地物要素中的点状要素，该第二点状要素为该第三坐标对应的至少一个地物要素中的点状要素，该线状要素为该第三坐标对应的至少一个地物要素中的线状要素。

对于每帧点云数据，可以采取下述任一种方式计算第一点状要素与相邻要素之间的距离。

第一种方式、通过计算每帧点云数据中至少一个地物要素中的第一点状要素，与第二点状要素之间的第一距离，作为后续对第一坐标和第三坐标进行匹配的参考距离。

本步骤中，终端根据每个第一点状要素在激光坐标系中的位置坐标，以及与该第一点状要素相邻的第二点状要素在激光坐标系中的位置坐标，计算该第一点状要素和第二点状要素之间的第一距离。

需要说明的是，与该第一点状要素相邻的第二点状要素为以第一点状要素为中心，多个第二点状要素中距离第一点状要素最近的第二点状要素。

如图4所示，点c为第一点状要素，点d为与点c相邻的第二点状要素，终端可以计算点c和点d之间的第一距离。

第二种方式、通过计算每帧点云数据中至少一个地物要素中的第一点状要素，与线状要素之间的第二距离，作为后续对第一坐标和第三坐标进行匹配的参考距离。

其中，该第一点状要素和相邻的线状要素之间的第二距离为该第一点状要素到该线状要素的法线距离。因此，本步骤中，终端根据每个第一点状要素在激光坐标系中的位置坐标，以及与该第一点状要素相邻的线状要素在激光坐标系中的位置坐标，计算该第一点状要素和线状要素之间的法线距离，将该法线距离作为第二距离。

需要说明的是，与该第一点状要素相邻的线状要素为以第一点状要素为中心，多个线状要素中距离第一点状要素最近的线状要素。

如图5所示，点c为第一点状要素，线条l为与点c相邻的线状要素，终端可以计算点c和线条l之间的法线距离，从而得到第二距离。

本步骤中，终端通过多个第一点状要素的位置坐标和多个第二点状要素的位置坐标，确定出多个第一距离，通过多个第一点状要素的位置坐标和多个线状要素的位置坐标，确定出多个第二距离。

2072、终端根据该第一距离和该第二距离，确定该每帧点云数据的偏移位姿。

本发明实施例中，终端可以通过对该至少一个地物要素的第一坐标和第三坐标多次迭代匹配，确定该每帧点云数据的偏移位姿。

其过程包括以下步骤a-g：

步骤a：对于每帧点云数据，终端根据第一距离和第二距离，选择第一距离小于第一预设阈值的第一点状要素和与该第一点状要素对应的第二点状要素，以及选择第二距离小于第一预设阈值的第一点状要素和与该第一点状要素对应的线状要素。

其中，与该第一点状要素对应的第二点状要素为，终端计算第一距离时，与该第一点状要素相邻的第二点状要素。与该第一点状要素对应的线状要素为，终端计算第二距离时，与该第一点状要素相邻的线状要素。

步骤b：终端根据选择的第一点状要素和第二点状要素，以及第一点状要素和线状要素，基于第一坐标和第三坐标之间的均方误差表达式，确定使得该均方误差的数值最小的偏移矩阵，将使得该均方误差的数值最小的偏移矩阵作为第一坐标和第三坐标之间的中间偏移矩阵。

步骤c：终端根据该第一坐标和第三坐标之间的中间偏移矩阵，更新该帧点云数据的初始偏移矩阵，将更新后的初始偏移矩阵与第二坐标相乘，得到第四坐标，从而完成第一次迭代匹配。

其中，终端根据该第一坐标和第三坐标之间的中间偏移矩阵，更新该帧点云数据的初始偏移矩阵的步骤可以为：终端将该第一坐标和第三坐标之间的中间偏移矩阵，与该帧点云数据的初始偏移矩阵相乘，得到更新后的初始偏移矩阵。

需要说明的是，上述步骤c实际上是将车辆坐标系中的第二坐标再次转换到激光坐标系中的过程，其实现方式与步骤206相同，此处不再一一赘述。

步骤d：终端根据该至少一个地物要素的第一坐标和第四坐标，计算每个第一点状要素和相邻第二点状要素之间的第三距离，以及该每个第一点状要素和相邻线状要素之间的第四距离。

其中，步骤d实际上是根据第一坐标和再次转换到激光坐标系中的第四坐标，重新计算第一距离和第二距离的过程，其实现方式与步骤2071一致，此处不再一一赘述。

步骤e：通过步骤a-c中的实现方式，确定再次更新后的初始偏移矩阵，从而完成第二次迭代匹配。

步骤f：通过上述步骤a-e中的实现方式，完成多次迭代匹配。在多次迭代过程中，当中间偏移矩阵对应的均方误差最小值小于第二预设阈值时，获取根据该中间偏移矩阵更新后的初始偏移矩阵，将获取的初始偏移矩阵作为该帧点云数据的偏移矩阵。或者，当迭代匹配次数达到第三预设阈值时，获取最后一次迭代匹配过程中更新后的初始偏移矩阵，将获取的初始偏移矩阵作为该帧点云数据的偏移矩阵。

步骤g：终端根据该帧点云数据的偏移矩阵，确定该帧点云数据的偏移位姿。

其中，步骤b具体可以为：终端根据选择的第一点状要素和与该第一点状要素对应的第二点状要素，以及第一点状要素和与该第一点状要素对应线状要素，通过以下公式一，即均方误差表达式，将使得该均方误差的数值最小的偏移矩阵作为第一坐标和第三坐标之间的中间偏移矩阵：

公式一：

其中，x为至少一个地物要素的第一坐标，y为至少一个地物要素的第三坐标，e(x,y)该至少一个地物要素的第一坐标和第三坐标之间的均方误差，xi为第一距离或第二距离不大于预设阈值的多个第一点状要素中第i个第一点状要素，yi为该第i个第一点状要素对应的第二点状要素或线状要素，m为第一距离或第二距离不大于预设阈值的第一点状要素的个数，m为第一坐标和第三坐标之间的中间偏移矩阵。

本发明实施例中，该第一坐标和第三坐标之间的中间偏移矩阵可以用m表示，该中间偏移矩阵中包括第一坐标和第三坐标之间的偏移位置的数值(dx′，dy′)和偏航角的数值dyaw′。

其中，该第一预设阈值、第二预设阈值和第三预设阈值可以根据用户需要设置并更改，本发明实施例对此不做具体限定。例如，该第一预设阈值可以为1米、0.5米等。该第二预设阈值可以为0.1、0.3等。该第三预设阈值可以为20、100等。

需要说明的是，上述步骤205-207事实上是终端对于该每帧点云数据，根据该至少一个地物要素的第一坐标和第二坐标，确定该每帧点云数据的偏移位姿的具体实现方式。但是，上述具体实现方式还可以由其他实现方式替代，上述具体实现方式实际上是通过将车辆坐标系中的第二坐标转换到激光坐标系中，根据第一坐标以及转换后的第三坐标，确定每帧点云数据的偏移位姿，实际作业时，终端还可以将激光坐标系中的第一坐标转换到车辆坐标系中，得到转换后的第四坐标，根据第二坐标和转换后的第四坐标，确定每帧点云数据的偏移位姿，本发明实施例对此不做具体限定。

208、终端建立该至少两帧点云数据的偏移位姿与该偏移位置、该偏航角和系统偏差之间的观测方程；对于该每帧点云数据，终端获取该每帧点云数据对应的该车辆的航向角。

本发明实施例中，该激光扫描设备的激光外参数包括该车辆坐标系和该激光坐标系之间的偏移位置和偏航角，在步骤203-204中，由于地图数据中存在系统偏差，使得该至少一个地物要素的第二坐标与该至少一个地物要素在车辆坐标系中的实际坐标有偏差，确定每帧点云数据的偏移位姿时，考虑了该系统偏差对第二坐标的影响。因此，本步骤中，终端建立观测方程时，也需考虑该系统偏差的影响。

本步骤中，终端根据该至少两帧点云数据的偏移位姿、该偏移位置、该偏航角和该系统偏差，建立观测方程如下：

其中，系统偏差为(x0,y0)，偏移位置为(dx,dy)，偏航角为dyaw，(dx′i，dy′i)为该至少两帧点云数据中第i帧点云数据的偏移位置的数值，dyaw′i为该至少两帧点云数据中第i帧点云数据的偏航角的数值，yawi为该至少两帧点云数据中第i帧点云数据对应的航向角，k为点云数据的总帧数。

需要说明的是，在激光坐标系中，可将系统偏差转换到x轴方向上的投影，以及y轴方向上的投影，由于该系统偏差为地图数据中的误差，实际作业时，经站心坐标系转换到车辆坐标系中，站心坐标系和车辆坐标系均以车辆为坐标原点，其不同之处在于x轴、y轴正方向，站心坐标系的y轴正方向和车辆坐标系的x轴正方向之间的夹角的大小等于车辆的航向角。

因此，对于每帧点云数据，终端还需获取该帧点云数据对应的车辆的航向角，该过程可以为：终端获取每帧点云数据的同时，终端通过该导航系统中的imu，获取该帧点云数据对应的车辆的航向角。

209、终端根据该航向角和该每帧点云数据的偏移位姿，计算该观测方程中该偏移位置的数值、该偏航角的数值。

本步骤中，终端可以将该至少两帧点云数据的偏移位姿代入该观测方程中，从而根据该至少两帧点云数据的偏移位姿，计算出该观测方程中的该偏移位置的数值、该偏航角的数值和系统偏差的数值。

其中，虽然理论上，只根据至少两帧点云数据的偏移位姿，即可确定出该观测方程中该偏移位置的数值、该偏航角的数值和该系统偏差的数值。为了减小随机噪声的影响，获得比较鲁棒的激光外参数的数值，本发明实施例中，终端可以获取n帧点云数据的偏移位姿(n为大于2的正整数)，以及该n帧点云数据的偏移位姿中每帧点云数据对应的车辆的航向角，分别将每帧云数据的偏移位姿，以及对应的航向角代入该观测方程中，采用最小二乘法，计算该观测方程中的该偏移位置的数值、该偏航角的数值和该系统偏差的数值，由于通过n帧点云数据的偏移位姿，降低了每帧点云数据中可能存在的随机噪声的干扰，从而减小了误差，进而使得确定出的激光外参数的数值更加准确。

需要说明的是，上述步骤208-209事实上是终端根据该至少两帧点云数据的偏移位姿，计算该激光扫描设备的激光外参数的数值，以标定该激光扫描设备的具体实现方式。但是，上述具体实现方式还可以由其他实现方式替代，上述具体实现方式实际上是通过建立偏移位姿与偏移位置、偏航角和系统偏差之间的观测方程确定激光外参数的数值。实际操作时，终端还可以预先建立并存储该观测方程，或者预先编写并存储与该观测方程功能相同的程序指令，终端通过直接获取观测方程，从而确定出该激光外参数的数值；或者通过直接获取该程序指令，执行该程序指令，从而确定出该激光外参数的数值。

终端确定该激光外参数的数值后，通过该激光外参数的数值，对车辆中的激光扫描设备进行标定，并且，通过确定出的系统偏差的数值，对导航系统进行标定，从而使得车辆结合标定后的激光扫描设备提供点云数据以及标定后的导航系统提供的地图数据行驶，提高了驾驶的安全性。

本发明实施例中，终端可以基于激光扫描设备对目标区域进行扫描所得到的至少两帧点云数据，获取每帧点云数据中至少一个地物要素的第一坐标，该第一坐标为该至少一个地物要素在激光坐标系中的坐标；并且，终端直接基于车辆的该目标区域的地图数据，即可确定该每帧点云数据中至少一个地物要素在车辆坐标系中的第二坐标；从而直接根据该第一坐标和第二坐标进行后续过程，省略了人工建立标定场以及人工量取的过程，提高了确定第一坐标和第二坐标的效率，从而提高了对激光扫描设备进行标定的效率。并且，对于该每帧点云数据，终端根据该至少一个地物要素的第一坐标和第二坐标，确定该每帧点云数据的偏移位姿；后续继续根据该至少两帧点云数据的偏移位姿，计算该激光扫描设备的激光外参数的数值，以标定该车辆中的该激光扫描设备。由于终端根据多帧点云数据计算该激光扫描设备的激光外参数的数值，降低了每帧点云数据中的随机噪声的干扰，从而减小了误差，进而提高了确定激光外参数的准确性。

图6是本发明实施例提供的一种激光扫描设备标定的装置的结构示意图。参见图6，该装置包括：获取模块601、第一确定模块602、第二确定模块603和计算模块604。

该获取模块601，用于基于激光扫描设备对目标区域进行扫描所得到的至少两帧点云数据，获取每帧点云数据中至少一个地物要素的第一坐标，该第一坐标为该至少一个地物要素在激光坐标系中的坐标；

该第一确定模块602，用于基于车辆的该目标区域的地图数据，确定该每帧点云数据中至少一个地物要素在车辆坐标系中的第二坐标；

该第二确定模块603，用于对于该每帧点云数据，根据该至少一个地物要素的第一坐标和第二坐标，确定该每帧点云数据的偏移位姿；

该计算模块604，用于根据该至少两帧点云数据的偏移位姿，计算该激光扫描设备的激光外参数的数值，以标定该激光扫描设备。

可选地，该获取模块601，包括：

扫描单元，用于通过激光扫描设备，基于预设扫描路线扫描该目标区域，得到该至少两帧点云数据，该目标区域为包括该至少一个地物要素的任一区域；

提取单元，用于对于该每帧点云数据，提取该至少一个地物要素在该激光坐标系中的第一坐标。

可选地，该第一确定模块602，包括：

第一获取单元，用于从该车辆的导航系统中获取该目标区域的地图数据，该地图数据包括该至少一个地物要素在地图坐标系中的经纬度坐标和高程坐标；

第一确定单元，用于对于该每帧点云数据，根据该目标区域的地图数据，确定该至少一个地物要素在该车辆坐标系中的第二坐标。

可选地，该第二确定模块603，包括：

第二获取单元，用于获取该车辆坐标系和该激光坐标系之间的初始偏移位姿；

第二确定单元，用于对于该每帧点云数据，根据该初始偏移位姿和该至少一个地物要素的第二坐标，确定该至少一个地物要素的第三坐标，该第三坐标为该至少一个地物要素在该激光坐标系中的坐标；

第三确定单元，用于根据该至少一个地物要素的第一坐标和第三坐标，确定该每帧点云数据的偏移位姿。

可选地，该第三确定单元，包括：

计算子单元，用于根据该至少一个地物要素的第一坐标和第三坐标，计算每个第一点状要素和相邻第二点状要素之间的第一距离，以及该每个第一点状要素和相邻线状要素之间的第二距离，该第一点状要素为该第一坐标对应的至少一个地物要素中的点状要素，该第二点状要素为该第三坐标对应的至少一个地物要素中的点状要素，该线状要素为该第三坐标对应的至少一个地物要素中的线状要素；

确定子单元，用于根据该第一距离和该第二距离，确定该每帧点云数据的偏移位姿。

可选地，该激光扫描设备的激光外参数包括该车辆坐标系和该激光坐标系之间的偏移位置和偏航角，该计算模块604，包括：

建立单元，用于建立该至少两帧点云数据的偏移位姿与该偏移位置、该偏航角和系统偏差之间的观测方程，该系统偏差为该车辆的导航系统和该地图数据之间的偏差；

第三获取单元，用于对于该每帧点云数据，获取该每帧点云数据对应的该车辆的航向角；

计算单元，用于根据该航向角和该每帧点云数据的偏移位姿，计算该观测方程中该偏移位置的数值和该偏航角的数值。

本发明实施例中，终端可以基于激光扫描设备对目标区域进行扫描所得到的至少两帧点云数据，获取每帧点云数据中至少一个地物要素的第一坐标，该第一坐标为该至少一个地物要素在激光坐标系中的坐标；并且，终端直接基于车辆的该目标区域的地图数据，即可确定该每帧点云数据中至少一个地物要素在车辆坐标系中的第二坐标；从而直接根据该第一坐标和第二坐标进行后续过程，省略了人工建立标定场以及人工量取的过程，提高了确定第一坐标和第二坐标的效率，从而提高了对激光扫描设备进行标定的效率。并且，对于该每帧点云数据，终端根据该至少一个地物要素的第一坐标和第二坐标，确定该每帧点云数据的偏移位姿；后续继续根据该至少两帧点云数据的偏移位姿，计算该激光扫描设备的激光外参数的数值，以标定该车辆中的该激光扫描设备。由于终端根据多帧点云数据计算该激光扫描设备的激光外参数的数值，降低了每帧点云数据中的随机噪声的干扰，从而减小了误差，进而提高了确定激光外参数的准确性。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。

需要说明的是：上述实施例提供的激光扫描设备标定的装置在激光扫描设备标定时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将终端的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的激光扫描设备标定的装置与激光扫描设备标定的方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

图7是本发明实施例提供的一种计算机设备700的结构示意图。参见图7，该计算机设备700包括处理器和存储器，还可以包括通信接口和通信总线，还可以包括输入输出接口和显示设备，其中，处理器、存储器、输入输出接口、显示设备和通信接口通过通信总线完成相互间的通信。该存储器存储有计算机程序，该处理器用于执行存储器上所存放的计算机程序，实现上述图2实施例中的激光扫描设备标定的方法。

通信总线是连接所描述的元素的电路并且在这些元素之间实现传输。例如，处理器通过通信总线从其它元素接收到命令，解密接收到的命令，根据解密的命令执行计算或数据处理。存储器可以包括程序模块，例如内核(kernel)，中间件(middleware)，应用程序编程接口(applicationprogramminginterface，api)和应用。该程序模块可以是有软件、固件或硬件、或其中的至少两种组成。输入输出接口转发用户通过输入输出设备(例如感应器、键盘、触摸屏)输入的命令或数据。显示设备显示各种信息给用户。通信接口将该计算机设备700与其它网络设备、用户设备、网络进行连接。例如，通信接口可以通过有线或无线连接到网络以连接到外部其它的网络设备或用户设备。无线通信可以包括以下至少一种：无线保真(wirelessfidelity，wifi)，蓝牙(bluetooth，bt)，近距离无线通信技术(nearfieldcommunication，nfc)，全球卫星定位系统(globalpositioningsystem，gps)和蜂窝通信(cellularcommunication)(例如，长期演进技术(longtermevolution，lte)，长期演进技术的后续演进(longtermevolution–advanced，lte-a)，码分多址(codedivisionmultipleaccess，cdma)，宽带码分多址(widebandcdma，wcdma)，通用移动通信系统(universalmobiletelecommunicationsystem，umts)，无线宽带接入(wirelessbroadband，wibro)和全球移动通讯系统(globalsystemformobilecommunication，gsm)。有线通信可以包括以下至少一种：通用串行总线(universalserialbus，usb)，高清晰度多媒体接口(highdefinitionmultimediainterface，hdmi)，异步传输标准接口(recommendedstandard232，rs-232)，和普通老式电话业务(plainoldtelephoneservice，pots)。网络可以是电信网络和通信网络。通信网络可以为计算机网络、因特网、物联网、电话网络。计算机设备700可以通过通信接口连接网络，计算机设备700和其它网络设备通信所用的协议可以被应用、应用程序编程接口(applicationprogramminginterface，api)、中间件、内核和通信接口至少一个支持。

在示例性实施例中，还提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，例如存储有计算机程序的存储器，上述计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的激光扫描设备标定的方法。例如，所述计算机可读存储介质可以是只读内存(read-onlymemory,rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、只读光盘(compactdiscread-onlymemory，cd-rom)、磁带、软盘和光数据存储设备等。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。