CN113495257A - 角度校准装置及角度校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种角度校准装置及角度校准方法，包括：光学平板，设于所述光学平板上的背景环，以及用于拍摄所述背景环的拍摄组件；所述背景环的内壁上设有沿所述背景环的圆周方向设置的刻度线。本发明的角度校准装置对雷达的扫描角度进行校准，对每一点角度值自动校正，确定每个角度值的准确性和稳定性，减小测量误差。本发明的背景环的内壁上标有刻度线，通过上位机对光斑图形自动判断和分析，效率高，且无人为误差影响，提高校准精度。并且，所述刻度线沿所述背景环的内壁周向设置，从而当雷达旋转角度打出光束时，刻度线仍然可作为参照物用来辅助上位机的分析。

Description

角度校准装置及角度校准方法

技术领域

本发明涉及校准领域，特别是涉及一种角度校准装置及角度校准方法。

背景技术

随着激光雷达技术的发展，激光雷达已被广泛应用于环境建模、轮廓测量等各个领域，对激光雷达的距离精度、角度精度、角度分辨率以及扫描频率要求也越来越高。一般通过实时采集激光雷达自带的电机在旋转过程中码盘的位置，生成的角度脉冲信号，作为二维扫描时待测物的角度。但环境及安装位置偏差对电机旋转角度的影响及电路噪声对角度脉冲信号的干扰，都会造成待测物实际角度及通过角度脉冲信号获得的角度有偏差。而现有技术中缺乏对二维脉冲激光雷达扫描角度进行校准的装置，导致激光雷达的扫描角度缺乏精度和稳定性。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术缺乏对雷达的扫描角度进行校准的装置，导致激光雷达的扫描角度缺乏精度和稳定性的缺陷，提供一种角度校准装置及角度校准方法。

其技术方案如下：

一种角度校准装置，包括：光学平板，设于所述光学平板上的背景环，以及用于拍摄所述背景环的拍摄组件；所述背景环的内壁上设有沿所述背景环的圆周方向设置的刻度线。

本技术方案的角度校准装置对雷达的扫描角度进行校准，对每一点角度值自动校正，确定每个角度值的准确性和稳定性，减小测量误差。具体地，当使用本技术方案的角度校准装置时，将待检测的雷达放置在光学平板上，且使雷达位于背景环的环内；随后开启雷达，雷达在所述背景环上照射出光斑；拍摄组件捕获到所述背景环上的光斑，将光斑的图像传输至上位机；所述上位机通过图像算法确定光斑的图形边界，并和所述背景环上的刻度线对比计算，确定光斑的中心位置，获取光斑的角度值；雷达实时将其发出光束的角度信号传输至所述上位机；所述上位机通过对比所述拍摄组件所测的角度值与雷达发送的角度信号的偏差，对雷达的角度值进行反向补偿校正；所述上位机将补偿值自动写入雷达中完成校正。本技术方案的背景环的内壁上标有刻度线，通过上位机对光斑图形自动判断和分析，效率高，且无人为误差影响，提高校准精度。并且，所述刻度线沿所述背景环的内壁周向设置，从而当雷达旋转角度打出光束时，刻度线仍然可作为参照物用来辅助上位机的分析。同时，所述背景环和待测雷达的底部紧贴高平整度的光学平板，使得所述背景环与雷达的扫描光束垂直，方便上位机分析计算。并且，通过光学平板的设置，避免外界光源或外界物体反射光对拍摄组件成像的影响，排除外界干扰。

在其中一个实施例中，所述拍摄组件与所述背景环同心设置，提高拍摄精度，在角度变化的情况下，也可很好地拍摄到光斑位置。

在其中一个实施例中，所述拍摄组件包括360度全景相机，从而雷达发出任意角度的光束，所述拍摄组件均可拍摄到其在所述背景环上所形成的光斑。

在其中一个实施例中，所述角度校准装置还包括上位机，所述上位机与所述拍摄组件电连接。并且，所述上位机与待测雷达也电连接，从而可通过上位机上专用评估软件，快速准确地得出测试结果，不仅避免人工误差，并且节约了校正时间和人工成本。

在其中一个实施例中，所述背景环的内壁为磨砂壁面。避免所述拍摄组件因所述背景环过度反光而造成饱和，同时磨砂处理的背景环内壁，使得各个角度所拍摄到的光斑的图形一致性高，提高所述上位机识别光斑位置和边界的准确性。

在其中一个实施例中，所述背景环由高反材料制成。防止因所述背景环的反射率过低而导致所述拍摄组件无法拍摄到雷达投射到所述背景环上的光斑。

在其中一个实施例中，所述背景环为铝制背景环、铜制背景环或不锈钢背景环，不仅保证了所述背景环的反射率，而且就有一定的耐腐蚀性，使用寿命长。

本技术方案还提供一种角度校准方法，包括如下步骤：

将待检测的雷达放置于光学平板上，且使得雷达位于背景环的环内；

开启雷达，雷达在所述背景环上照射出光斑；

拍摄组件捕获到背景环上的光斑，将光斑的图像传输至上位机；

所述上位机通过图像算法确定光斑的图形边界，并和所述背景环上的刻度线对比计算，确定光斑的中心位置，获取光斑的角度值；

雷达实时将其发出光束的角度信号传输至所述上位机；

所述上位机通过对比所述拍摄组件所测的角度值与雷达发送的角度信号的偏差，对雷达的角度值进行反向补偿校正；

所述上位机将补偿值自动写入雷达中完成校正。

本技术方案的背景环的内壁上标有刻度线，通过上位机对光斑图形自动判断和分析，效率高，且无人为误差影响，提高校准精度。并且，所述刻度线沿所述背景环的内壁周向设置，从而当雷达旋转角度打出光束时，刻度线仍然可作为参照物用来辅助上位机的分析。同时，所述背景环和待测雷达的底部紧贴高平整度的光学平板，使得所述背景环与雷达的扫描光束垂直，方便上位机分析计算。并且，通过光学平板的设置，避免外界光源或外界物体反射光对拍摄组件成像的影响，排除外界干扰。

本技术方案的角度校准装置对雷达的扫描角度进行校准，对每一点角度值自动校正，确定每个角度值的准确性和稳定性，减小测量误差。

在其中一个实施例中，所述雷达、所述拍摄组件以及所述背景环均同心设置，且所述拍摄组件置于所述雷达的上表面。三者同心设置，可以降低上位机的计算难度，避免计算太过复杂而引起的测量误差增大的现象。

在其中一个实施例中，所述上位机通过统一的灰度方法界定光斑的形状和位置。使得雷达发出的各个角度的光束时，在所述背景环上形成各光斑的判定准则一致，保证检测精度和校准精度。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

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为本发明实施例所述的角度校准装置的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1的俯视图。

附图标记说明：

10、光学平板；20、背景环；21、刻度线；30、拍摄组件；40、雷达。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

一种角度校准装置，包括：光学平板10，设于所述光学平板10上的背景环20，以及用于拍摄所述背景环20的拍摄组件30；所述背景环20的内壁上设有沿所述背景环20的圆周方向设置的刻度线21。具体地，所述刻度线21有多条，多条所述刻度线21沿所述背景环20的圆周方向均匀间隔设置，且整个背景环20的内壁360度均设置有刻度线21，从而保证任何位置的光斑均可以所述刻度线21作为参照物，方便计算。

本实施方式的角度校准装置对雷达40的扫描角度进行校准，对每一点角度值自动校正，确定每个角度值的准确性和稳定性，减小测量误差。具体地，当使用本实施方式的角度校准装置时，将待检测的雷达40放置在光学平板10上，且使得雷达40位于背景环20的环内；随后开启雷达40，雷达40在所述背景环20上照射出光斑；拍摄组件30捕获到所述背景环20上的光斑，将光斑的图像传输至上位机；所述上位机通过图像算法确定光斑的图形边界，并和所述背景环20上的刻度线21对比计算，确定光斑的中心位置，获取光斑的角度值；雷达40实时将其发出光束的角度信号传输至所述上位机；所述上位机通过对比所述拍摄组件30所测的角度值与雷达40发送的角度信号的偏差，对雷达40的角度值进行反向补偿校正；所述上位机将补偿值自动写入雷达40中完成校正。本实施方式的背景环20的内壁上标有刻度线21，通过上位机对光斑图形自动判断和分析，效率高，且无人为误差影响，提高校准精度。并且，所述刻度线21沿所述背景环20的内壁周向设置，从而当雷达40旋转角度打出光束时，刻度线21仍然可作为参照物用来辅助上位机的分析。同时，所述背景环20和待测雷达40的底部紧贴高平整度的光学平板10，使得所述背景环20与雷达40的扫描光束垂直，方便上位机分析计算。并且，通过光学平板10的设置，避免外界光源或外界物体反射光对拍摄组件30成像的影响，排除外界干扰。

本实施方式所述拍摄组件30与所述背景环20同心设置，提高拍摄组件30的拍摄精度，在雷达40投射出光束的角度变化的情况下，也可很好地拍摄到光斑位置。

本实施方式所述拍摄组件30包括360度全景相机，所述360度全景相机放置于雷达40的上表面，且与背景环20同心设置，从而雷达40发出任意角度的光束，所述拍摄组件30均可拍摄到其在所述背景环20上所形成的光斑。

在其他实施方式中，所述拍摄组件30也可以设置为由至少两个普通相机组成，至少两个普通相机的拍摄范围为360度，至少两个所述普通相机均放置于雷达40上表面，且至少两个所述普通相机以所述背景环20的圆心为圆心周向设置。

本实施实施方式所述角度校准装置还包括上位机(图中未示出)，所述上位机与所述拍摄组件30电连接。并且，所述上位机与待测雷达40也电连接，从而可通过上位机上专用评估软件，快速准确地得出测试结果，不仅避免人工误差，并且节约了校正时间和人工成本。具体地，本实施方式的雷达40与所述上位机通过网线电连接，所述拍摄组件30与所述上位机通过USB线电连接。

本实施方式所述背景环20的内壁为磨砂壁面。避免所述拍摄组件30因背景环20过度反光而造成饱和，同时磨砂处理的背景环20内壁，使得各个角度所拍摄到的光斑的图形一致性高，提高所述上位机识别光斑位置和边界的准确性。

本实施方式所述背景环20由高反材料制成。防止因所述背景环20的反射率过低而导致所述拍摄组件30无法拍摄到雷达40投射到所述背景环20上的光斑。

具体地，所述背景环20为铝制背景环20、铜制背景环20或不锈钢背景环20，不仅保证了所述背景环20的反射率，而且就有一定的耐腐蚀性，使用寿命长。

本实施方式还提供一种角度校准方法，包括如下步骤：

将待检测的雷达40放置于光学平板10上，且使得雷达40位于背景环20的环内；

开启雷达40，雷达40在所述背景环20上照射出光斑；

拍摄组件30捕获到背景环20上的光斑，将光斑的图像传输至上位机；

所述上位机通过图像算法确定光斑的图形边界，并和所述背景环20上的刻度线21进行对比计算，确定光斑的中心位置，获取光斑的角度值；

雷达40自带角度传感器，角度传感器实时将雷达40发出光束的角度信号传输至所述上位机；

所述上位机通过对比所述拍摄组件30所测的角度值与雷达40发送的角度信号的偏差，对雷达40的角度值进行反向补偿校正；

所述上位机将补偿值自动写入雷达40中完成校正。

本实施方式以二维脉冲激光雷达为例，可采用上述角度校准方法，通过多次测量雷达40投射出的不同角度的光斑进行比对分析，从而获取最终的补偿值。

本实施方式的背景环20的内壁上标有刻度线21，通过所述上位机对光斑图形自动判断和分析，效率高，且无人为误差影响，提高校准精度。并且，所述刻度线21沿所述背景环20的内壁周向设置，从而当雷达40旋转角度打出光束时，刻度线21仍然可作为参照物用来辅助上位机的分析。同时，所述背景环20和待测雷达40的底部紧贴高平整度的光学平板10，使得所述背景环20与雷达40的扫描光束垂直，方便上位机分析计算。并且，通过光学平板10的设置，避免外界光源或外界物体反射光对拍摄组件30组件成像的影响，排除外界干扰。

本实施方式的角度校准装置对雷达40的扫描角度进行校准，对每一点角度值自动校正，确定每个角度值的准确性和稳定性，减小测量误差。

本实施方式所述雷达40、所述拍摄组件30以及所述背景环20均同心设置，且所述拍摄组件30包括360度全景相机，将所述360度全景相机置于所述雷达40的上表面。所述360度全景相机、所述背景环20以及雷达40同心设置，可以降低所述上位机的计算难度，避免计算太过复杂而引起的测量误差增大的现象。

本实施方式所述上位机通过统一的灰度方法界定光斑的形状和位置。使得雷达40发出的各个角度的光束时，在所述背景环20上形成各光斑的判定准则一致，保证检测精度和校准精度。

具体地，所述上位机的图像算法包括Canny边缘检测算法，所述Canny边缘检测算法包括如下步骤：

(1)彩色图像转换为灰度图像。由于Canny算法往往被用于解决灰度图像，对于彩色图像，需要对其进行灰度化处理。根据人眼对于红、绿、蓝这3种颜色光的不同敏感程度，得到了常见的灰度处理公式:

Gray＝0.30*R+0.59*G+0.11*B，其中R代表红色分量，G代表绿色分量，B代表蓝色分量。

(2)对图像进行高斯模糊；将灰度图像与高斯核进行卷积处理，抑制掉图像中的高频噪声。

(3)计算图像边缘幅值和角度；使用微分边缘检测算子获取图像边缘的幅值和角度。根据上述的卷积算子，能够推导出图像在两个坐标轴方向的梯度幅值和梯度方向的值。

(4)非最大信号压制处理(边缘细化)；为了排除其中不属于边缘的像素点，需要对其进行信号压制，即在已找到的点中找出其局部最大值点，并排除掉非局部最大值的点，得到细化后的边缘，精确边缘的具体位置。

(5)双阈值边缘连接处理；对得到的边缘图像确定一个高阈值，以得到含有较少假边缘的图像。但由于所设置的阈值过大，会排除掉一些真边缘，造成得到的图像边缘并不闭合。因此，需要再确定一个低阈值，得到低阈值的边缘，用于连接图像边缘，使边缘重新闭合。

所述上位机的图像算法还包括轮廓特征提取：轮廓可以认为是一系列边缘的集合，通过组合一系列的边缘来得到一个完整的物体轮廓。运用上述的边缘检测算子来对二值化后的图像进行处理，得到只含有物体边缘的二值图像，求取轮廓最小包围矩形。求取轮廓最小包围矩形后，通过比较该矩形一对邻边的边长L1，L2。并提取光斑中心位置。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种角度校准装置，其特征在于，包括：光学平板，设于所述光学平板上的背景环，以及用于拍摄所述背景环的拍摄组件；所述背景环的内壁上设有沿所述背景环的圆周方向设置的刻度线。

2.根据权利要求1所述的角度校准装置，其特征在于，所述拍摄组件与所述背景环同心设置。

3.根据权利要求1所述的角度校准装置，其特征在于，所述拍摄组件包括360度全景相机。

4.根据权利要求1所述的角度校准装置，其特征在于，所述角度校准装置还包括上位机，所述上位机与所述拍摄组件电连接。

5.根据权利要求1所述的角度校准装置，其特征在于，所述背景环的内壁为磨砂壁面。

6.根据权利要求1-5任一项所述的角度校准装置，其特征在于，所述背景环由高反材料制成。

7.根据权利要求1-5任一项所述的角度校准装置，其特征在于，所述背景环为铝制背景环、铜制背景环或不锈钢背景环。

8.一种角度校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

将待检测的雷达放置于光学平板上，且使雷达位于背景环的环内；

开启雷达，雷达在所述背景环上照射出光斑；

拍摄组件捕获到所述背景环上的光斑，将光斑的图像传输至上位机；

所述上位机通过图像算法确定光斑的图形边界，并和所述背景环上的刻度线对比计算，确定光斑的中心位置，获取光斑的角度值；

雷达实时将其发出光束的角度信号传输至所述上位机；

所述上位机通过对比所述拍摄组件所测的角度值与雷达发送的角度信号的偏差，对雷达的角度值进行反向补偿校正；

所述上位机将补偿值自动写入雷达中完成校正。

9.根据权利要求8所述的角度校准方法，其特征在于，所述雷达、所述拍摄组件以及所述背景环均同心设置，且所述拍摄组件置于所述雷达的上表面。

10.根据权利要求8或9所述的角度校准方法，其特征在于，所述上位机通过统一的灰度方法界定光斑的形状和位置。

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