具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

本公开的实施例提供了一种用于激光雷达与车体坐标关系求解的坐标关系的标定方法以及能够应用该方法的装置。该方法包括获取激光雷达的第一传感器数据及车辆的第二传感器数据。根据第一传感器数据计算预设时间间隔内激光雷达的第一位姿变化量。根据第二传感器数据计算相同预设时间间隔内车辆的第二位姿变化量。根据第一位姿变化量及第二位姿变化量计算所述激光雷达与车辆之间的坐标变换关系。

图1示意性示出了根据本公开实施例的可以坐标关系的标定方法示例性系统架构100。需要注意的是，图1所示仅为可以应用本公开实施例的系统架构的示例，以帮助本领域技术人员理解本公开的技术内容，但并不意味着本公开实施例不可以用于其他设备、系统、环境或场景。

如图1所示，根据该实施例的系统架构100可以包括激光雷达101，车辆102，网络103和服务器104。网络103用以在激光雷达101、车辆102和服务器104之间提供通信链路的介质。网络103可以包括各种连接类型，例如有线和/或无线通信链路等等。

激光雷达101的传感器数据例如可以包括多个点云数据及该些点云数据分别对应的时间戳，车辆102传感器数据例如可以包括各时刻后轮中心速度、前后轮转向角度和时间戳。车辆的行驶场景一般可以选择非空旷的点云数据，车辆的传感器的运动路线可以为S型曲线。

服务器104可以是提供各种服务的服务器，例如对激光雷达及车辆的传感器数据的获取，对获取的传感器数据进行处理及计算。

需要说明的是，本公开实施例所提供的坐标关系的标定方法一般可以由服务器104执行。相应地，本公开实施例所提供的坐标关系的标定装置一般可以设置于服务器104中。本公开实施例所提供的坐标关系的标定方法也可以由不同于服务器104且能够与激光雷达101与车辆102，和/或服务器104通信的服务器或服务器集群执行。相应地，本公开实施例所提坐标关系的标定装置也可以设置于不同于服务器104且能够与激光雷达101与车辆102和/或服务器104通信的服务器或服务器集群中。

例如，在进行坐标关系标定时，对传感器数据的预处理过程并不直接由服务器104执行，而是由能够与激光雷达101、车辆102、服务器104通信的服务器或服务器集群执行，传感器数据的预处理完成后，再将预处理完成的数据发送至服务器104进行

应该理解，图1中的网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的网络和服务器。

图2示意性示出了根据本公开实施例的坐标关系的标定方法的流程图。

如图2所示，该方法包括操作S201～S206。

在操作S201，获取激光雷达的第一传感器数据及车辆的第二传感器数据。

在本公开实施例中，激光雷达的第一传感器数据例如可以是点云数据，其中，点云数据是指扫描资料以点的形式记录，每一个点包含有三维坐标，有些可能含有颜色信息(RGB)或反射强度信息(Intensity)。例如，激光雷达在时间段扫描一周，可以获得一帧点云数据以及该帧点云数据对应的时间戳，如此经过多次扫描，便可得到多帧点云数据及每一帧点云数据对应的时间戳。由于激光雷达扫描的数据可能包括很多无效点及离群点，因此，在获取第一传感器数据后，还可剔除激光雷达的点云数据中的无效点及离群点。

在本公开实施例中，由于自动驾驶车辆车体坐标系通常以后轴中心为车体坐标系原点，沿车身向前为x轴，符合右手定则。则车辆的第二传感器数据例如可以是车辆上安装的码盘传感器或轮速计传感器或加速计传感器或陀螺仪传感器获取的数据，该些数据例如可以包括车辆行驶过程中各时刻后轴中心的速度、前后轮转向角度，每一速度及转向角度对应有时间戳。车辆行驶的环境例如可以为非空旷的环境，传感器的运动路线例如可以为S型曲线。

在操作S202，根据第一传感器数据计算预设时间间隔内激光雷达的第一位姿变化量。

在操作S203，根据第二传感器数据计算相同预设时间间隔内车辆的第二位姿变化量。

在操作S204，判断第一位姿变化量及第二位姿变化量是否为有效数据。

若是，则执行操作S205，若否，则返回操作S201。

在操作S205，根据有效的第一位姿变化量及第二位姿变化量计算激光雷达与车辆之间的坐标变换关系。

在操作S206，根据有效的第一位姿变化量及第二位姿变化量计算车辆的第三位姿变化量，以第三位姿变化量更新第二位姿变化量。

更新完成后，返回操作S204。

通过本公开实施例提供的坐标关系的标定方法，直接根据激光雷达的传感器数据计算得到激光雷达的第一位姿变化量，直接根据车辆的传感器数据计算车辆的第二位姿变化量，然后，基于第一位姿变化量及位姿变换量便可计算出激光雷达与车体的坐标关系，无需借助其它的标定物，实现了无标定物求解激光雷达与车体坐标关系，降低了对环境的要求，在一定程度上降低的激光雷达与车体坐标关系标定的难度。在标定过程中，动态地根据有效的第一位姿变化量及第二位姿变化量计算车辆的第三位姿变化量，以第三位姿变化量动态更新第二位姿变化量，从而实现了坐标关系的动态标定。

下面参考图3～图5，结合具体实施例对图2所示的方法做进一步说明。

图3示意性示出了根据本公开实施例的计算第一位姿变化量的流程图。

如图3所示，该方法例如可以包括操作S301～S302。

在操作S301，对第一传感器数据中相邻帧的数据进行匹配，得到匹配结果。

在本公开实施例中，经过操作S201获取了多帧点云数据，一般可以采用迭代最近点算法(ICP)分别对激光雷达相邻帧的点云数据进行匹配，匹配过程中记录匹配结果：例如包括相邻帧的匹配矩阵及匹配得分。其中，相邻指的是各帧点云数据对应的时间戳相邻，预设时间间隔例如指的是以当前帧的时间戳为匹配的开始时间，下一帧的时间戳为匹配的结束时间，为一个时间间隔。

在操作S302，根据匹配结果计算预设时间间隔内激光雷达的第一位姿变化量。

在本公开实施例中，将匹配矩阵进行欧拉转换可以得到激光雷达在各时间戳对应的旋转轴及旋转角度，依据各时间戳对应的旋转轴及旋转角度便可得到激光雷达的第一位姿变化量。计算得到的数据(旋转角度)中可能包括无效数据，本实施例还可以包括剔除无效数据的操作，剔除原则可以为：剔除只有旋转或平移的无效值或剔除为非平面运动的无效值。经过剔除后的数据应可以包括至少为200组。

图4示意性示出了根据本公开实施例的计算第二位姿变化量的流程图。

如图4所示，该方法例如可以包括操作S401。

在操作S401，根据第二传感器数据计算车辆在预设时间间隔内的位移变化量及航向角的变化量。

在本公实施例中，可以利用自动驾驶车辆的运动学方程(阿克曼车型)：

结合第二传感数据计算第二位姿变化量。其中，β表示滑移角，计算公式为：

X表示车辆在自动驾驶车辆车体坐标系中x轴方向的位移，Y表示车辆在自动驾驶车辆车体坐标系中y轴方向的位移，表示对X求一阶倒数，表示对Y求一阶倒数，V表示车辆后轮中心的速度，l_f表示车辆的前悬长度，l_r表示车辆的后悬长度，ψ表示航向角，δ_f表示前轮转向角，δ_r表示后轮转向角。

根据上述运动学方程及码盘传感器获得的数据，可以积分得到车体后轴中心在odom坐标系下的沿x轴的位移X、沿y轴的位移Y、及车辆的航向角yaw，基于该些数据便可以得到姿态变化量。计算得到的数据(x轴的位移X、沿y轴的位移Y、及车辆的航向角yaw)中可能包括无效数据，本实施例还可以包括剔除无效数据的操作，剔除原则可以为：剔除激光雷达旋转与车体的旋转反向的无效值。经过剔除后的数据应可以包括至少为200组。

在上述求解的过程中，积分的时间间隔一般需要与计算第一位姿变化量的匹配时间间隔同步。具体地，由于激光雷达和码盘传感器的输出频率不一样，一般地，激光雷达的更新频率比较慢，以激光雷达时间戳为主时间戳，对码盘传感器进行时间同步，将码盘传感器时间间隔划分为与匹配相同的时间间隔，并根据匹配的时间间隔和码盘传感器数据，分别对x轴、y轴方向进行积分得到车体对应时间间隔的位姿变化量。如激光雷达时间戳为t0，t1，t2，...，tn，码盘传感器数据时间戳为T0，T1，T2，...，TN，已知t0～t1时间间隔激光雷达的位姿变换矩阵，求解t0～t1时间间隔的车体位姿变化量；由于激光雷达更新频率比较慢，即t1-t0＞T1-T0，故需要T0，T1，T2，...，TN中寻找距离t1最近的时间戳，距离t0最近的时间戳，查到时间戳之后即可得到对应的x轴方向速度和y轴方向速度，对x方向速度和y方向速度进行积分，即可近似获得t0～t1时刻车体在x方向、y方向的位移变化量以及航向角yaw的变化量。

图5示意性示出了根据本公开实施例的计算激光雷达与车辆之间的坐标变换关系的流程图。

如图5所示，该方法例如可以包括操作S501。

在操作S501，根据手眼标定理论AX＝XB求解所述坐标变换关系。

其中，A为由第一位姿变化量转换得到的位姿变换矩阵，B为由第二位姿变化量转换得到的位姿变换矩阵，X为所述坐标变换关系。当通过上述步骤求解得到第一位姿变化量及第二位姿变化量后，将第一位姿变化量及第二位姿变化量后转化为矩阵形式边和得到A及B。

在本公开实施例中，基于手眼标定理论AX＝XB的具体求解过程可以如下：

首先，基于四元数运算，先求解roll(翻滚角)和pitch(俯仰角)。

具体地，将AX＝XB转化为四元数：

旋转部分：

平移部分：

又已知：

其中，q_x(α)表示roll(翻滚角)的四元数表示形式，q_y(β)表示pitch(俯仰角)的四元数表示形式，q_z(γ)表示yaw(航向角)的四元数表示形式。

整理公式(1)，可得第一残差η_i为：

联合公式(3)和公式(4)可得

进一步整理得：

基于上述公式，寻找使得残差最小的解，即可求解出roll(翻滚角)和pitch(俯仰角)。

其次，再求解x方向X、y方向的位移Y以及航向角yaw。

由于激光雷达是平面运动，所以待求解的Z(z方向位移)值是不客观的，因此是无法求解出的。

根据公式(2及上述求解得到的)roll(翻滚角)和pitch(俯仰角)，可以得到第二残差为：

其中，

由于z值不客观，进一步可以整理为：

基于上述公式，寻找使得残差最小的解，即可求解出即为X(x方向位移)、Y(y方向位移)、yaw(航向角)，基于各时间戳对应的具体值，便可得到预设时间间隔各物理量的姿态变化量。

以上述求解结果为初值，根据AX-XB＝0进行全局优化，可以求得准确性更高的X、Y、roll、pitch、yaw。

求解完成后，可验证求解结果的正确性，有上述求解的结果及手眼标定理论，得到AX-XB＝0，A＝XBX^-1，即通过B与X可以计算出A’，将A’和A对应值做差，得到δX、δY、&oll、δpitch、δyaw，分别每个值的均方根作为五个轴的误差，作为标定结果的评价标准，其中，A表示第二传感器数据包括各参量对应的测量值。

通过本公开实施例提供的上述具体求解方法，便可基于激光雷达及车辆的传感器数据，更好地实现了无标定物且动态求解激光雷达与车体坐标关系。

图6示意性示出了根据本公开实施例的判断第一位姿变化量及所述第二位姿变化量是否为有效数据的方法的流程图。

如图6所示，基于上述实施例提供的方法，本实施例的方法在操作例如可以包括操作S601～S602。

在操作S601，判断雷达旋转角度的变化量与车辆航向角的变化量是否相等。

若相等，则执行操作S602，若不相等，则返回执行操作S201。

在操作S602，记录第一位姿变化量及第二位姿变化量。

通过本实施例提供的方法，可以动态验证计算的数据是否有效，从而保证采用有效数据进行计算，提高了标定的准确性。

图7示意性示出了根据本公开实施例的根据有效的第一位姿变化量及第二位姿变化量计算车辆的第三位姿变化量的流程图。

如图7所示，基于上述实施例提供的方法，本实施例的方法例如可以包括操作S701～S702。

在操作S701，根据前悬长度和后悬长度的实际值及第二传感器数据计算第三位姿变化量。

该操作可以基于实际的前悬长度和后悬长度的实际值及第二传感器数据计算，采用如操作S401的方法，计算第三位姿变化量。

在操作S702，以第三位姿变化量更新第二位姿变化量。

通过本公开实施例的方法，可以动态更新车辆的位姿变化量，实现坐标关系的动态标定，提高标定的准确性。

图8示意性示出了根据本公开的实施例的坐标关系的标定装置的框图。

如图8所示，标定装置800包括获取模块810、第一计算模块820、第二计算模块830、判断模块840、第三计算模块850、第四计算模块860及更新模块870。

获取模块810，用于获取激光雷达的第一传感器数据及车辆的第二传感器数据。

第一计算模块820，用于根据第一传感器数据计算预设时间间隔内所述激光雷达的第一位姿变化量。

第二计算模块830，用于根据第二传感器数据计算相同预设时间间隔内所述车辆的第二位姿变化量。

判断模块840，用于判断第一位姿变化量及所述第二位姿变化量是否为有效数据

第三计算模块850，用于根据第一位姿变化量及第二位姿变化量计算激光雷达与所述车辆之间的坐标变换关系。

第四计算模块860，用于根据有效的第一位姿变化量及第二位姿变化量计算所述车辆的第三位姿变化量；

更新模块870，用于以第三位姿变化量更新第二位姿变化量。

根据本公开的实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意多个、或其中任意多个的至少部分功能可以在一个模块中实现。根据本公开实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意一个或多个可以被拆分成多个模块来实现。根据本公开实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意一个或多个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式的硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，根据本公开实施例的模块、子模块、单元、子单元中的一个或多个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。

例如，获取模块810、第一计算模块820、第二计算模块830、判断模块840、第三计算模块850、第四计算模块860及更新模块870中的任意多个可以合并在一个模块/单元/子单元中实现，或者其中的任意一个模块/单元/子单元可以被拆分成多个模块/单元/子单元。或者，这些模块/单元/子单元中的一个或多个模块/单元/子单元的至少部分功能可以与其他模块/单元/子单元的至少部分功能相结合，并在一个模块/单元/子单元中实现。根据本公开的实施例，获取模块810、第一计算模块820、第二计算模块830、判断模块840、第三计算模块850、第四计算模块860及更新模块870中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，获取模块810、第一计算模块820、第二计算模块830、判断模块840、第三计算模块850、第四计算模块860及更新模块870中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。

需要说明的是，本公开的实施例中标定装置部分与本公开的实施例中标定方法部分是相对应的，标定装置部分的描述具体参考标定方法部分，在此不再赘述。

图9示意性示出了根据本公开实施例的适于实现上文描述的方法的电子设备的框图。图9示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图9所示，根据本公开实施例的电子设备900包括处理器901，其可以根据存储在只读存储器(ROM)902中的程序或者从存储部分908加载到随机访问存储器(RAM)903中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器901例如可以包括通用微处理器(例如CPU)、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))，等等。处理器901还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器901可以包括用于执行根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。

在RAM 903中，存储有系统900操作所需的各种程序和数据。处理器901、ROM 902以及RAM 903通过总线904彼此相连。处理器901通过执行ROM 902和/或RAM 903中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。需要注意，所述程序也可以存储在除ROM 902和RAM 903以外的一个或多个存储器中。处理器901也可以通过执行存储在所述一个或多个存储器中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。

根据本公开的实施例，系统900还可以包括输入/输出(I/O)接口905，输入/输出(I/O)接口905也连接至总线904。系统900还可以包括连接至I/O接口905的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分906；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分907；包括硬盘等的存储部分908；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分909。通信部分909经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器910也根据需要连接至I/O接口905。可拆卸介质911，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器910上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分908。

根据本公开的实施例，根据本公开实施例的方法流程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读存储介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分909从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质911被安装。在该计算机程序被处理器901执行时，执行本公开实施例的系统中限定的上述功能。根据本公开的实施例，上文描述的系统、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。

本公开还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法。

根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质。例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

例如，根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的ROM 902和/或RAM 903和/或ROM 902和RAM 903以外的一个或多个存储器。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，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，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以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，它们有时电可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以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，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。