一种激光雷达扫描方法、系统、装置及存储介质与流程

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达扫描方法、系统、装置及存储介质。

背景技术：

目前，无论是车端或路端的激光雷达的扫描方式都是同时固定垂直扫描角度和水平扫描角度进行扫描，由于激光雷达每次应用中路面扫描宽度以及激光雷达扫描点到安装点的水平距离都不相同，如果采用固定的垂直扫描角度和水平扫描角度进行扫描，则会导致激光雷达扫描地面的范围不合理，点云数据得不到合理的利用。当激光雷达的扫描范围超出待扫描路面区域的有效范围，有效范围外的数据视为无效数据，则会导致点云数据的浪费及利用率降低；当激光雷达的扫描范围小于待扫描路面区域的有效范围，则会导致路面数据信息提取不足。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种激光雷达扫描方法、系统、装置及存储介质。该发明可以使激光雷达扫描的有效范围符合要求，同时提高扫描数据的利用率。

第一方面，本发明实施例提供了一种激光雷达扫描方法，包括以下步骤：

获取激光雷达的竖直安装高度、激光雷达在竖直方向的安装角度、激光雷达的路面扫描宽度，以及激光雷达扫描点到安装点的水平距离；

根据所述激光雷达的竖直安装高度、激光雷达在竖直方向的安装角度及激光雷达扫描点到安装点的水平距离获取激光雷达的垂直扫描角度；

根据所述激光雷达的路面扫描宽度、激光雷达扫描点到安装点的水平距离及激光雷达的垂直扫描角度获取激光雷达的水平扫描角度；其中，激光雷达的水平扫描周期保持不变。

可选地，所述激光雷达的垂直扫描角度通过以下公式获取：

βn＝arctan(s/l)-α

其中，βn表示激光雷达的垂直扫描角度，s表示激光雷达扫描点到安装点的水平距离，l表示激光雷达的竖直安装高度，α表示激光雷达在竖直方向的安装角度。

可选地，所述激光雷达的水平扫描角度通过以下公式获取：

θn＝2*arsin(r/2l*tan(α+βn))

其中，θn表示激光雷达的水平扫描角度，r表示激光雷达的路面扫描宽度。

第二方面，本发明实施例提供了一种激光雷达扫描系统，包括：

获取模块，用于获取激光雷达的竖直安装高度、激光雷达在竖直方向的安装角度及激光雷达的路面扫描宽度，以及激光雷达扫描点到安装点的水平距离；

第一计算模块，用于根据所述激光雷达的竖直安装高度、激光雷达在竖直方向的安装角度及激光雷达扫描点到安装点的水平距离获取激光雷达的垂直扫描角度；

第二计算模块，用于根据所述激光雷达的路面扫描宽度、激光雷达扫描点到安装点的水平距离及激光雷达的垂直扫描角度获取激光雷达的水平扫描角度；其中，激光雷达的水平扫描周期保持不变。

第三方面，本发明实施例提供了一种激光雷达扫描装置，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述的激光雷达扫描方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行上述的激光雷达扫描方法。

第五方面，本发明实施例提供了一种激光雷达扫描系统，包括激光雷达扫描设备以及与所述激光雷达扫描设备连接的计算机设备；其中，

所述激光雷达扫描设备，用于实现激光雷达的扫描；

所述计算机设备包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述的激光雷达扫描方法。

可选地，所述激光雷达扫描设备的扫描器件包括2个一维振镜。

可选地，所述激光雷达扫描设备的扫描器件包括1个二维振镜。

可选地，所述激光雷达扫描设备的扫描器件包括1个一维振镜和1个旋转多面体。

实施本发明实施例包括以下有益效果：本发明实施例通过激光雷达扫描地面过程中满足的几何关系，根据垂直扫描角度、扫描路面宽度、激光雷达竖直安装高度及激光雷达与竖直方向的安装角度确定激光雷达的水平扫描角度，从而使激光雷达在扫描过程中全部的点云数据落在路面有效范围内，满足扫描有效范围的同时提高点云数据的利用率。

附图说明

图1是现有技术中激光雷达扫描范围的立体图；

图2是现有技术中激光雷达安装后的扫描范围侧视图；

图3是现有技术中激光雷达安装后的扫描范围俯视图；

图4是现有技术中激光雷达安装后的改变垂直扫描角度的扫描范围侧视图；

图5是现有技术中激光雷达安装后的根据垂直扫描角度改变水平扫描角度的俯视图；

图6是本发明实施例提供的一种激光雷达扫描方法的步骤流程示意图；

图7是本发明实施例提供的激光雷达扫描位置的侧视图；

图8是本发明实施例提供的激光雷达扫描方式改变后的扫描范围俯视图；

图9是本发明实施例提供的一种激光雷达扫描系统的结构框图；

图10是本发明实施例提供的一种激光雷达扫描装置的结构框图；

图11是本发明实施例提供的一种激光雷达扫描系统的另一种结构框图；

图12是现有技术中含2个一维振镜的激光雷达扫描方式的振镜运动示意图；

图13是现有技术中含2个一维振镜的激光雷达扫描方式的振镜扫描角度轨迹组合示意图；

图14是现有技术中激光雷达扫描角度固定的路面扫描轨迹俯视图；

图15是本发明实施例提供的激光雷达扫描方法的振镜扫描角度轨迹组合示意图；

图16是本发明实施例提供的激光雷达扫描方法的路面扫描轨迹俯视图；

图17是不同激光雷达扫描方法的点云分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

如图1所示，激光雷达固定后的扫描范围可以用水平扫描角度θ和垂直扫描角度β共同描述。如图2所示的激光雷达安装后的扫描范围侧视图，o为激光雷达的安装点，l表示激光雷达的竖直安装高度，α表示激光雷达的竖直方向安装角度，a和b分别表示激光雷达扫描到地面的最近距离及最远距离。如图3所示，当激光雷达的水平扫描角度θ和垂直扫描角度β是固定的，对路面的扫描范围如图所示，落在路面区域a的点云数据视为有效数据，落在非路面区域b的点云数据视为无效数据，由此可见，落在非路面区域的点云数据导致点云数据利用率下降。如图4及图5所示，当激光雷达的垂直扫描角度为β1时，对应的水平扫描角度为θ1，激光雷达扫描打到路面的位置a1；当激光雷达的垂直扫描角度为β2时，对应的水平扫描角度为θ2，激光雷达扫描打到路面的位置a2，以此类推。

本发明的目的是使激光雷达的扫描点云数据全部落在道路上，覆盖待扫描路面的宽度，不出现散落在道路区域外的点云数据。

如图6所示，本发明实施例提供了一种激光雷达扫描方法，包括以下步骤：

s1、获取激光雷达的竖直安装高度l、激光雷达在竖直方向的安装角度α、激光雷达的路面扫描宽度r，以及激光雷达扫描点到安装点的水平距离s。

s2、根据所述激光雷达的竖直安装高度l、激光雷达在竖直方向的安装角度α及激光雷达扫描点到安装点的水平距离s获取激光雷达的垂直扫描角度βn。

s3、根据所述激光雷达的路面扫描宽度r、激光雷达扫描点到安装点的水平距离s及激光雷达的垂直扫描角度βn获取激光雷达的水平扫描角度θn；其中，激光雷达的水平扫描周期t保持不变。

可选地，所述激光雷达的垂直扫描角度(βn)通过以下公式获取：

βn＝arctan(s/l)-α

其中，βn表示激光雷达的垂直扫描角度，s表示激光雷达扫描点到安装点的水平距离，l表示激光雷达的竖直安装高度，α表示激光雷达的竖直方向安装角度。

可选地，所述激光雷达的水平扫描角度(θn)通过以下公式获取：

θn＝2*arsin(r/2l*tan(α+βn))

其中，θn表示激光雷达的水平扫描角度，r表示激光雷达的路面扫描宽度。

如图7所示，激光雷达安装的倾斜角度为α，当激光雷达安装后α即为固定角度，对应的垂直扫描角度范围为(α,α+β)，当激光雷达垂直转动βn时，扫描光线与垂直方向的夹角为(a+βn)，光线打在路面的位置为an，an距离激光雷达安装的垂直方向的距离为s。根据三角关系可得，如下公式：

s＝l*tan(α+βn)(1)

如图8所示，当激光雷达对道路的扫描宽度不变，水平扫描角度θn是根据s变化的，并满足以下公式：

θn＝2*arsin(r/2s)(2)

其中，r表示待扫描路面的宽度。

结合公式(1)及公式(2)可得：

θn＝2*arsin(r/2l*tan(α+βn))(3)

由上述公式(3)可知，当扫描路面确定后，即路面宽度r可实际测量确定；l表示激光雷达的竖直安装高度，也可根据实际测量确定；α表示激光雷达安装后与竖直方向的倾斜角度，也可根据实际测量确定；βn表示激光雷达的垂直扫描角度，可根据扫描器件的实时反馈得到。

实施本发明实施例包括以下有益效果：本发明实施例通过激光雷达扫描地面过程中满足的几何关系，根据垂直扫描角度、扫描路面宽度、激光雷达竖直安装高度及激光雷达与竖直方向的安装角度确定激光雷达的水平扫描角度，从而使激光雷达在扫描过程中全部的点云数据落在路面有效范围内，满足扫描有效范围的同时提高点云数据的利用率。

如图9所示，本发明实施例提供了一种激光雷达扫描系统，包括：

获取模块，用于获取激光雷达的竖直安装高度(l)、激光雷达的竖直方向安装角度(α)及激光雷达的路面扫描宽度(r)，以及激光雷达扫描点到安装点的水平距离(s)；

第一计算模块，用于根据所述激光雷达的竖直安装高度(l)、激光雷达的竖直方向安装角度(α)及激光雷达扫描点到安装点的水平距离(s)获取激光雷达的垂直扫描角度(βn)；

第二计算模块，用于根据所述激光雷达的路面扫描宽度(r)、激光雷达扫描点到安装点的水平距离(s)及激光雷达的垂直扫描角度(βn)获取激光雷达的水平扫描角度(θn)；其中，激光雷达的水平扫描周期t保持不变。

可见，上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

如图10所示，本发明实施例提供了一种激光雷达扫描装置，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述的激光雷达扫描方法。

可见，上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

此外，本发明实施例还提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行上述方法实施例所述的激光雷达扫描方法步骤。同样地，上述方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中，本存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

如图11所示，一种激光雷达扫描系统，包括激光雷达扫描设备以及与所述激光雷达扫描设备连接的计算机设备；其中，

所述激光雷达扫描设备，用于实现激光雷达的扫描；

所述计算机设备包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上所述的激光雷达扫描方法。

具体地，对于所述激光雷达扫描设备，其主要通过软硬件结合来实现，并且其可具体包括至少激光扫描器件及对应的控制软件；而对于所述计算机设备，其可为不同类型的电子设备，包含但不限于有台式电脑、手提电脑等终端。

可见，上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

可选地，所述激光雷达扫描设备的扫描器件包括2个一维振镜。

可选地，所述激光雷达扫描设备的扫描器件包括1个二维振镜。

可选地，所述激光雷达扫描设备的扫描器件包括1个一维振镜和1个旋转多面体。

需要说明的是，激光雷达扫描设备的扫描器件可以共用现有的激光扫描器件，扫描器件的组成方式包括三种：一、2个一维振镜，二、1个二维振镜，三、1个垂直方向的一维振镜和1个旋转多面体。

下面以第一种方式的2个一维振镜为例说明。当激光雷达的水平扫描角度和竖直扫描角度固定时，如图12所示，一维振镜m1绕长轴左右摆动的运功轨迹为正弦波；一维振镜m2绕短轴上下摆动的运动轨迹为三角波；激光雷达振镜扫描的扫描角度轨迹组合如图13所示，n为m1和m2的转动频率比，cz表示垂直扫描轨迹，sp表示水平扫描轨迹；激光雷达在路面的扫描轨迹俯视图如图14所示，从图中可以看出，落在非路面区域的数据导致数据利用率下降。图15为本发明实施例中提供的激光雷达扫描方式的振镜扫描的扫描角度轨迹组合，即水平扫描角度根据垂直扫描角度的变化做出调制，得到激光雷达在路面的扫描轨迹俯视图如图16所示，扫描范围在路面范围内，即全部点云数据落在路面区域内，不会造成数据的损失。

另外，如图17所示，两种扫描方式的水平扫描周期没有发生改变，只是扫描角度发生变化。在重复发射频率相同的情况下，相同的时间内激光扫描的点数是相同的，例如图示中每一行扫描3个点。如果按固定的角度发射，激光的点云数据会落在非路面区域b；而本发明实施例则点云全部落在路面上。同时，对应的扫描平均角分辨率也提高了，由原来的水平角度分辨率θ/3变成θn/3，θ>θn。以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。