一种激光雷达式车辆外廓尺寸测量仪的自动标定方法与流程
本发明属于车辆外廓自动检测领域，具体是一种激光雷达式车辆外廓尺寸测量仪的自动标定方法。
背景技术：
目前大多数的基于激光雷达的车辆外廓尺寸自动测量系统在设备安装的过程中的参数标定仍然需要安装人员手工测量并录入系统，这样必然导致手工测量标定参数时的误差会叠加到最终测量外廓的结果上。为了降低标定过程中产生的误差并提高标定工作效率，自动标定方法必不可少。
当前涉及激光雷达式车辆外廓尺寸测量仪的自动标定方法中，与本方案较接近的包括：发明专利(申请号：201611223060.5，名称：一种车辆外廓尺寸自动测量装置的标定装置及方法)利用定制装置来评价车辆外廓尺寸自动测量系统的准确性，该装置包括配置标定板旋转装置的移动式小车、订制导轨、驱动装置、从动装置、可伸缩标尺和工业控制计算机等。因而标定成本昂贵，定制装置使用率低，难以集成到系统中；文献(朱英龙.车辆轮廓尺寸测量系统研究[d].长安大学,2016)中标定过程只进行了左、右激光雷达传感器扫描平面平行标定与前激光雷达传感器与轴线平行标定，并未自动标定激光雷达离地高度与中心角度；文献(陈显龙,陈晓龙.基于激光雷达的车辆几何尺寸超限检测系统设计[j].测绘通报,2014(3):9-11)中标定过程只标定了激光雷达离地高度与中心角度，并未进行左、右激光雷达传感器扫描平面平行标定与前激光雷达传感器与轴线平行标定；文献(张文会,关强,邓红星,等.车辆装载几何参数超限识别方法[j].交通运输工程学报,2008,8(3):97-100)标定过程也只标定了激光雷达离地高度与中心角度，并未进行左、右激光雷达传感器扫描平面平行标定与前激光雷达传感器与轴线平行标定。这些方法主要存在如下问题：
1)当前类似方案未能解决如何能在保证标定精度的情况下尽可能降低成本以及提高标定效率。
2)当前类似方案未能同时自动标定激光雷达离地高度与中心角度，以及进行了左、右激光雷达传感器扫描平面平行标定与前激光雷达传感器与轴线平行标定。
技术实现要素：
为克服现有技术上的不足，本发明的目的在于提供一种激光雷达式车辆外廓尺寸自动测量仪的自动标定方法。
本发明的技术方案如下：
一种激光雷达式车辆外廓尺寸自动测量仪的自动标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：通过从各激光雷达传感器获取的每帧点云数据，自动测量各激光雷达传感器相对地面的高度h以及扫描中心角β，步骤如下：
步骤1.1：激光雷达传感器每隔固定时间发射一次激光以获得激光雷达传感器到遮挡物体之间的距离，由此在固定扫描周期内可获取距离集合d＝{di|i＝0,1,…,n-1}，其中，di表示固定扫描周期内第i束激光扫描时与遮挡物体之间的距离，第i束激光与第i+1束激光之间的夹角为固定值
h＝min(d)(1)
其中，min表示求最小值；
步骤1.2：将h对应的激光束序号记为ih，根据式(2)计算得到扫描中心角β：
步骤2：调整左、右激光雷达传感器扫描平面平行并调整前激光雷达传感器与地面车道轴线平行，具体为：将标准件放于测量范围内并记标准件实际宽度为s；记左、右激光雷达传感器之间的水平距离为w；测量出左激光雷达传感器与标准件左边缘水平距离为sleft；测量出右激光雷达传感器的与标准件右边缘水平距离记为sright；根据式(3)计算出标准件的测量宽度sbox；调节左、右激光雷达传感器扫描平面，连续计算测量出的标准件宽度sbox，直到满足式(4)，这表示左、右激光雷达传感器扫描平面已平行；
sbox＝w-sleft-sright(3)
|s-sbox|≤δ(4)
式中，δ表示事前设定的误差阈值；
步骤3：调整前激光雷达传感器与轴线平行，具体为：将标准件放于测量范围内，记标准件实际长度为l，前激光雷达传感器与左、右激光雷达传感器扫描平面的水平距离记为l；测量出前激光雷达传感器与标准件前边缘水平距离记为sfront；根据式(5)计算出标准件的测量长度lbox；调整前激光雷达传感器扫描平面，连续计算测量出的标准件长度lbox，直到满足式(6)，这表示前激光雷达传感器已与检测车道轴线平行；
lbox＝l-sfront(5)
|l-lbox|≤δ(6)。
本发明的优点：
1)不需要在基于激光雷达的车辆外廓尺寸自动测量系统中包含的设备外添加任何的其他设备，能够自动计算出各个激光雷达距离地面的高度参数与扫描中心，并能够提供实时测量数据与图像来辅助安装人员把左、右两个激光雷达的扫描平面调整至平行，及把前传感器的扫描平面与地面中轴线调至平行，能够消除手工测量标定参数时产生的误差，并能够辅助安装人员更快进行设备安装及标定；
2)本发明测量精度高，实用性强，成本低，具有很好的实用价值及推广前景。
附图说明
图1为设备安装示意图以及本方法自动测量的激光雷达传感器高度示意；
图2为单个激光雷达传感器安装示意图及本方法自动测量的激光雷达传感器高度及激光雷达传感器中心角；
图3为当左、右传感器扫描平面不平行导致测量误差示意图；
图4为前传感器扫描平面与中轴线不平行导致误差示意图；
图5为左、右传感器扫描平面调整示意图；
图6为前传感器扫描平面调整示意图；
图中：1-左激光雷达传感器，2-右激光雷达传感器，3-前激光雷达传感器，4-光电开关传感器，5-前激光雷达传感器高度hfront，6-右激光雷达传感器高度hright，7-左激光雷达传感器高度hleft，8-激光雷达传感器，9-扫描平面开始激光束，10-扫描平面结束激光束，11-第i-1道激光测量距离di-1，12-激光雷达传感器最大扫描角度α，13-第i道激光测量距离di，14-激光雷达传感器扫描中心角β，15-相邻激光束间固定夹角
具体实施方式
下面结合实施例来详细阐述本发明的基于激光雷达的车辆外廓尺寸自动测量系统的标定方法的具体实施方式。
本发明适用于绝大多数基于激光雷达的车辆外廓尺寸自动测量系统，此类系统的设备安装配置大都为图1所示。图1中hleft、hright、hfront为左、右、前传感器相对于地面的安装高度，属于本发明自动测量的标定参数。左、右、前三个激光雷达传感器的自身安装配置如图2所示，市场上绝大多数的激光雷达传感器的扫描角度基本都大于90°扫描角度如图2中α所示。而如图2中β所示，激光雷达传感器的扫描开始位置到扫描垂直位置的夹角，是我们在标定中需要测量的值。故βleft、βright、βfront也属于本发明自动测量的标定参数。而基于激光雷达的车辆外廓尺寸自动测量系统测量的外廓的原理，若测量要准确，必须要求左、右激光雷达传感器的扫描平面相互平行、前激光雷达传感器的扫描平面要与车道的中轴线平行。因此本发明也提供了判断左、右激光雷达传感器的扫描平面是否相互平行以及前激光雷达传感器的扫描平面是否与车道的中轴线平行的方法。
如图3、图4所示，
具体方法步骤如下：
步骤1：通过从各激光雷达传感器获取的每帧点云数据，自动测量各激光雷达传感器相对地面的高度h以及扫描中心角β，步骤如下：
步骤1.1：激光雷达传感器每隔固定时间发射一次激光以获得激光雷达传感器到遮挡物体之间的距离，由此在固定扫描周期内可获取距离集合d＝{di|i＝0,1,…,n-1}，其中，di表示固定扫描周期内第i束激光扫描时与遮挡物体之间的距离，第i束激光与第i+1束激光之间的夹角为固定值
h＝min(d)(1)
其中，min表示求最小值；
步骤1.2：将h对应的激光束序号记为ih，根据式(2)计算得到扫描中心角β：
在本实施例中，扫描周期内所发射的激光束的数量n＝274,相邻激光束间固定夹角
步骤2：调整左、右激光雷达传感器扫描平面平行并调整前激光雷达传感器与地面车道轴线平行，具体为：将标准件放于测量范围内并记标准件实际宽度为s；记左、右激光雷达传感器之间的水平距离为w；测量出左激光雷达传感器与标准件左边缘水平距离为sleft；测量出右激光雷达传感器的与标准件右边缘水平距离记为sright；根据式(3)计算出标准件的测量宽度sbox；调节左、右激光雷达传感器扫描平面，连续计算测量出的标准件宽度sbox，直到满足式(4)，这表示左、右激光雷达传感器扫描平面已平行；
sbox＝w-sleft-sright(3)
|s-sbox|≤δ(4)
式中，δ表示事前设定的误差阈值；
在本实施例中，δ＝2mm。
步骤3：调整前激光雷达传感器与轴线平行，具体为：将标准件放于测量范围内，记标准件实际长度为l，前激光雷达传感器与左、右激光雷达传感器扫描平面的水平距离记为l；测量出前激光雷达传感器与标准件前边缘水平距离记为sfront；根据式(5)计算出标准件的测量长度lbox；调整前激光雷达传感器扫描平面，连续计算测量出的标准件长度lbox，直到满足式(6)，这表示前激光雷达传感器已与检测车道轴线平行。
lbox＝l-sfront(5)
|l-lbox|≤δ(6)
在本实施例中，标定后获得的各参数有：左激光雷达高度hleft＝4900mm，右激光雷达高度hright＝4880mm，前激光雷达高度hfront＝5000mm，左激光雷达扫描中心角βleft＝90.0096°，右激光雷达扫描中心角βright＝92.1192°，前激光雷达扫描中心角βfront＝93.5256°。整个过程如图6所示。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
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