具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要注意的是，附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的方法和系统的可能实现的体系架构、功能和操作。应当注意，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分可以包括一个或多个用于实现各个实施例中所规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为备选的实现中，方框中所标注的功能也可以按照不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，或者它们有时也可以按照相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。同样应当注意的是，流程图和/或框图中的每个方框、以及流程图和/或框图中的方框的组合，可以使用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以使用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种基于单扫描头激光雷达扩大建图视场的方法，包括：

对单扫描头激光雷达采集的目标视场的激光点云进行区段划分；

对同一区段内相邻帧依次进行数据配准；

对同一区段内不相邻帧进行数据配准验证，若正确，则遍历所有区段执行数据配准过程和数据配准验证的过程，否则，加强同一区段内相邻帧数据配准过程的迭代条件，执行数据配准和数据配准验证的过程；

对配准后的激光点云进行拼接。

具体的，本发明的技术方案可以采用以下步骤实现：

步骤1，利用单扫描头激光雷达对目标视场进行激光点云采集，所采集到的激光点云在时序上连续，且相邻帧的数据重叠率大于60％。

该单扫描头激光雷达可为一手持式激光雷达，以便于针对廊道、地下室之类狭小空间进行连续动态的激光点云的采集。

在优化的实施例中，利用该单扫描头激光雷达通常需要按照规定扫描作业标准进行激光点云采集。所述规定扫描作业标准至少包括以下任一：

1、采集路线行程闭环。即，采集路线可从起点出发，到达中点，最终回到该起点。

2、采集路线的初始位置以及结束位置可通过地理信息模块采集得到位置点信息。即，初始位置以及结束位置已知其GPS信息。

3、目标视场中存在至少一目标点的位置点信息已知。

上述规定扫描作业标准可有助于提升建图的准确性。有助于数据配准的验证过程。

另外，在步骤1中，还可利用该单扫描头激光雷达采集惯导位姿数据，即IMU数据。该单扫描头激光雷达中具有IMU惯导装置。惯导位姿数据与激光点云数据时钟同步。

步骤2，对所采集到激光点云进行区段划分。

单扫描头激光雷达连续扫描得到多帧激光点云，将相邻的多帧激光点云分为同一区段，同一区段的激光点云存在针对同一目标点的扫描数据。即，同一区段的激光点云都扫描到了环境中的同一目标物，记录下来该目标物的激光点云数据。

任一帧激光点云必然处于一个区段中，即不存在一帧激光点云未被分配入一区段中，独立于区段之外。

例如，如图2A所示，第1-3帧激光点云被分为第一区段D1，4-6帧被分为第二区段D2，第7-9帧被分为第三区段D3，以此类推。

除此之外，还包括其他划分区段的方式，如图2B所示，第1-3帧激光点云被分为第一区段D1，第2-4帧被分为第二区段D2，第3-5帧被分为第三区段D3，以此类推。

如图2C所示，第1-3帧激光点云被分为第一区段D1，3-5帧被分为第二区段D2，第5-7帧被分为第三区段D3，以此类推。

上述三种划分情况仅仅是本发明的三种划分方式，包括但不限于上述情况。本发明的不同区段之间不包括同一帧激光点云，或者，不同区段之间包括同一帧激光点云。

步骤3，对同一区段内相邻帧依次进行点云ICP算法实现数据配准。

如图3所示，该步骤3进一步包括：

步骤301，根据该惯导位姿数据构建激光雷达与惯导装置的误差公式。

构建IMU惯导装置的误差方程：

E_B＝δp_k ^k+1

E_B表示IMU惯导装置的误差。δp_k ^k+1表示IMU惯导装置在激光雷达坐标系下第k帧到k+1帧的位移误差。

IMU主要偏移量在于加速度二次积分得到位移，为了降低计算量，此处将IMU惯导装置的误差简化为E_B，忽略了速度、角度方面的误差。

步骤302，根据该激光点云构建激光点云的偏差公式E_L。

根据采集到的激光点云的特征点集构建激光点云的偏差方程为：

其中R表示旋转矩阵、A_i表示相邻两帧激光点云中的源点云的第i点、B_i表示相邻两帧激光点云中的目标点云第i点、t表示平移矩阵。

所述相邻两帧激光点云的转换初始矩阵为：

其中T_k ^-1表示第k帧激光点云对应的IMU位姿的逆，T_k+1表示第k+1帧点云对应的IMU惯导装置的位姿。

步骤303，根据该误差公式以及该偏差公式构建整体偏移公式。

整体偏移公式E:

步骤304，基于该相邻帧构成的点集对该整体偏移公式进行ICP算法迭代计算，达到初始迭代条件，实现数据配准。

该ICP算法迭代计算包括，如图4所示：

步骤3041，获取相邻两帧激光点云，记为源点云A_i＝(x_i y_i z_i)和目标点云B_j＝(x_jy_j z_j)，其中i∈(1,2,3,...,n)，j∈(1,2,3,...,m)，式中(x y z)分别为激光点云在激光雷达坐标系L下的坐标值，n表示源点云数量，m表示目标点云数量。

步骤3042，根据两点之间欧式距离最小原则，确定相邻两帧激光点云对应的角点点集和平面点点集。

步骤3043，以所述转换初始矩阵作为初值，对整体偏移公式E进行ICP算法迭代计算，获得最优变换矩阵，所述最优变换矩阵使整体偏移方程值最小。

步骤3044，对目标点云采用所述最优变换矩阵进行变换，得到新目标点云。

步骤3045，计算新目标点云与源点云的平均距离d：

式中B_i′表示新目标点云。

步骤3046，当所述平均距离d符合初始迭代条件，即小于设定距离阈值λ或迭代次数达到设定迭代次数N时，停止迭代计算，获得的最优变换矩阵作为最终最优变换矩阵，实现了数据配准，可据以进行激光点云拼接。如果未符合初始迭代条件，执行步骤3042。

通过依次对每两个相邻帧执行上述步骤301-306，实现了数据配准。

步骤4，对同一区段内不相邻帧进行点云ICP算法验证该数据配准的正确性，如果正确，针对下一区段执行步骤3，直至遍历所有区段，如果不正确，针对本区段重新执行步骤3并采用加强迭代条件。该加强迭代条件包括：达到特定迭代次数或者迭代收敛于特定数值。该特定迭代次数大于该初始迭代条件中的迭代次数，该特定数值小于该初始迭代条件中的设定距离阈值λ。即以更加严格的迭代条件继续进行迭代。

在步骤3中均为在同一区段内针对相邻帧依次进行配准，例如第1、2帧，第2、3帧。在步骤4中需对区段内的配准进行验证，即通过不相邻帧的配准来实现，此时对第1、3帧执行该步骤3所述的点云ICP算法。也可以对同一区段内首尾两帧进行点云ICP算法。

经过该步骤4的验证，可避免在相邻帧依次执行点云ICP算法的过程中，如果出现错误，无法实现校正的情况。本发明在区段内随时阶段性的验证，提升配准的准确性。从而为后续的激光点云拼接提供准确的数据源头。

步骤5，对配准后的激光点云进行拼接。

实施例二

本实施例提供了一种基于单扫描头激光雷达扩大建图视场的系统。

一种基于单扫描头激光雷达扩大建图视场的系统，包括：

划分模块，其被配置为：对单扫描头激光雷达采集的目标视场的激光点云进行区段划分；

数据配准模块，其被配置为：对同一区段内相邻帧依次进行数据配准；

数据配准验证模块，其被配置为：对同一区段内不相邻帧进行数据配准验证，若正确，则遍历所有区段执行数据配准过程和数据配准验证的过程，否则，加强同一区段内相邻帧数据配准过程的迭代条件，执行数据配准和数据配准验证的过程；

拼接模块，其被配置为：对配准后的激光点云进行拼接。

此处需要说明的是，上述划分模块、数据配准模块、数据配准验证模块和拼接模块与实施例一对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

实施例三

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例一所述的基于单扫描头激光雷达扩大建图视场的方法中的步骤。

实施例四

本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例一所述的基于单扫描头激光雷达扩大建图视场的方法中的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。