一种激光雷达的扫描方法、装置、计算机设备和存储介质与流程

1.本发明实施例涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达的扫描方法、装置、计算机设备和存储介质。


背景技术：

2.激光雷达的角分辨率表示两个相邻测距点的角度步进，传统的激光雷达在扫描过程中，角分辨率是固定的。图1a提供了一种激光雷达采样结果示意图，如图1a所示，从中心发出的射线为激光雷达发射的激光束，由于距离激光雷达的远近不同，左侧横线物体s2被激光雷达扫描的相邻采样点的空间分辨率η2，相较右侧横线物体s1的空间分辨率η1要低。
3.因此，传统的激光雷达固定角分辨率的扫描方法，易造成采样不均，从而导致扫描图中距离较远的物体的空间分辨率下降。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种激光雷达的扫描方法、装置、计算机设备和存储介质，以实现减少激光雷达的采样不均，提高激光雷达的扫描精度。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种激光雷达的扫描方法，该方法包括：
6.根据预设的空间分辨率，计算扫描角步进的初始值，并根据扫描角步进的初始值进行激光雷达正扫描；
7.获取激光雷达正扫描过程中扫描到的待处理物体的点云数据和距离，并根据待处理物体的点云数据和距离，计算扫描角步进的更新值；
8.根据扫描角步进的更新值，进行激光雷达逆扫描。
9.第二方面，本发明实施例还提供了一种激光雷达的扫描装置，该装置包括：
10.激光雷达正扫描模块，用于根据预设的空间分辨率，计算扫描角步进的初始值，并根据扫描角步进的初始值进行激光雷达正扫描；
11.扫描角步进更新值计算模块，用于获取激光雷达正扫描过程中扫描到的待处理物体的点云数据和距离，并根据待处理物体的点云数据和距离，计算扫描角步进的更新值；
12.激光雷达逆扫描模块，用于根据扫描角步进的更新值，进行激光雷达逆扫描。
13.第三方面，本发明实施例还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本发明实施例中任一所述的激光雷达的扫描方法。
14.第四方面，本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如本发明实施例中任一所述的激光雷达的扫描方法。
15.本发明实施例通过根据预设的空间分辨率计算扫描角步进的初始值，在激光雷达正扫描时，将扫描角步进设置为初始值，并采集待处理物体的点云数据和距离，根据待处理物体的点云数据和距离计算扫描角步进的更新值，根据扫描角步进的更新值，进行激光雷
达逆扫描。解决了传统的激光雷达固定角分辨率的扫描方法，易造成采样不均，从而导致扫描图中距离较远的物体的空间分辨率下降的问题，实现了减少激光雷达采样不均的效果，提高了激光雷达的扫描精度。
附图说明
16.图1a是本发明背景技术中的一种激光雷达采样结果示意图；
17.图1b是本发明实施例一中的一种激光雷达的扫描方法的流程图；
18.图2是本发明实施例二中的一种激光雷达的扫描方法的流程图；
19.图3是本发明实施例三中的一种激光雷达的扫描装置的结构示意图；
20.图4是本发明实施例四中的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
22.实施例一
23.图1b是本发明实施例一提供的一种激光雷达的扫描方法的流程图，本实施例可适用于激光雷达扫描物体时，保持扫描物体空间分辨率精度的情况，该方法可以由激光雷达的扫描装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件来实现，并一般集成在计算机设备中，与激光雷达配合使用。
24.如图1b所示，本发明实施例的技术方案，具体包括如下步骤：
25.s110、根据预设的空间分辨率，计算扫描角步进的初始值，并根据扫描角步进的初始值进行激光雷达正扫描。
26.其中，预设的空间分辨率为激光雷达的扫描图像中被扫描物体的期望空间分辨率，空间分辨率又可以分为水平空间分辨率和垂直空间分辨率。若激光雷达的扫描过程中扫描角步进固定，则对于预设扫描距离处的被扫描物体，其在扫描图像中的分辨率满足期望空间分辨率时，对于距离远于预设扫描距离的被扫描物体，其在扫描图像中的分辨率将小于期望空间分辨率，造成扫描图像的采样不均。
27.扫描角步进是指两个相邻测距点之间的夹角，又可以分为水平角步进和垂直角步进。可选的，激光雷达的垂直角步进是固定的，可以通过调整水平角步进，改变扫描图像的水平空间分辨率。
28.扫描角步进的初始值与预设的空间分辨率相匹配，在确定预设的期望空间分辨率之后，即可计算扫描角步进的初始值，并将扫描角步进的初始值用于一个扫描周期内的激光雷达的正扫描。
29.可选的，激光雷达可以与长臂支架相连接，长臂支架安装在云台上，驱动电机可以带动云台在水平方向上旋转，安装在长臂支架上的激光雷达可以进行垂直方向的扫描，并随安装在云台上的长臂支架在水平方向上旋转。在本发明实施例中，激光雷达的一个扫描周期可以分为正扫描和逆扫描，同一个被扫描物体，在一个扫描周期内，会在正扫描过程和逆扫描过程被扫描两次。
30.在本发明实施例中，根据预设的空间分辨率确定扫描角步进的初始值，用于激光雷达正扫描，可以在获取被扫描物体数据的同时，避免造成数据冗余。
31.s120、获取激光雷达正扫描过程中扫描到的待处理物体的点云数据和距离，并根据待处理物体的点云数据和距离，计算扫描角步进的更新值。
32.待处理物体是激光雷达正扫描过程中的被扫描物体，待处理物体的点云数据用于对待处理物体进行表面检测，待处理物体的距离是指待处理物体与激光雷达之间的距离。
33.在本发明实施例中，根据激光雷达正扫描过程中扫描到的各待处理物体的点云数据和距离，可以确定各待处理物体的扫描角步进的更新值。
34.s130、根据扫描角步进的更新值，进行激光雷达逆扫描。
35.可选的，根据扫描角步进的更新值，进行激光雷达逆扫描，可以包括：在激光雷达逆扫描过程中，到达待处理物体的旋转角度时，将扫描角步进切换至更新值。
36.在本发明实施例中，在一个扫描周期内的正扫描过程中采集待处理物体的点云数据和距离，并确定待处理物体的扫描角步进更新值。在同一个扫描周期内的逆扫描过程中，可以设置一个较大的数值，作为扫描角步进的逆扫描过程的初始值，到达待处理物体的旋转角度时，将扫描角步进调整为待处理物体对应的更新值，这样设置可以提高扫描效率。也可以将正扫描过程的扫描角步进的初始值作为逆扫描过程的初始值，本实施例对此不进行限制。通过在逆扫描过程中动态调整扫描角步进的数值，可以使各被扫描物体在扫描图像中的空间分辨率，不因被扫描物体到激光雷达的距离变远而变小，从而解决了激光雷达采样不均的问题。
37.本实施例的技术方案，通过根据预设的空间分辨率计算扫描角步进的初始值，在激光雷达正扫描时，将扫描角步进设置为初始值，并采集待处理物体的点云数据和距离，根据待处理物体的点云数据和距离计算扫描角步进的更新值，根据扫描角步进的更新值，进行激光雷达逆扫描。解决了传统的激光雷达固定角分辨率的扫描方法，易造成采样不均，从而导致扫描图中距离较远的物体的空间分辨率下降的问题，实现了减少激光雷达采样不均的效果，提高了激光雷达的扫描精度。
38.实施例二
39.图2是本发明实施例二提供的一种激光雷达的扫描方法的流程图，本发明实施例在上述实施例的基础上，对确定扫描角步进初始值的过程、确定扫描角步进更新值的过程，以及激光雷达逆扫描的过程进行了进一步的具体化。
40.相应的，如图2所示，本发明实施例的技术方案，具体包括如下步骤：
41.s210、获取预设的空间分辨率和扫描距离，将预设的空间分辨率和扫描距离的比值，作为扫描角步进的初始值。
42.预设距离是指被扫描物体与激光雷达之间的预设距离，预设的空间分辨率为激光雷达扫描位于距离激光雷达预设距离处的被扫描物体时，被扫描物体在扫描图像中的期望空间分辨率。
43.s220、根据扫描角步进的初始值进行激光雷达正扫描。
44.将预设空间分辨率与预设扫描距离的比值作为扫描角步进的初始值，在激光雷达正扫描时，扫描角步进设置为初始值。在正扫描过程中，将扫描角步进设置为初始值，只能保证与激光雷达的距离小于或者等于预设距离的被扫描物体，其在扫描图像上的空间分辨
率大于或者等于预设空间分辨率。对于与激光雷达的距离大于预设距离的被扫描物体，其在扫描图像上的空间分辨率小于预设空间分辨率。
45.s230、根据待处理物体的点云数据，计算待处理物体的表面密度。
46.待处理物体的点云数据是指待处理物体的扫描点以及扫描点一定误差角范围内的数据点的三维点云坐标，扫描点是激光雷达的激光束与待处理物体表面的交点。根据扫描点以及扫描点一定误差角范围内的数据点的三维点云坐标，进行核密度估计。
47.需要进行说明的是，本实施例采用核密度估计的方式，确定待处理物体表面密度，还可以采用直方图统计的方式，确定待处理物体表面密度，本实施例对此不进行限制。
48.相应的，s230又可以包括：
49.s231、根据待处理物体的距离、垂直扫描角度和激光雷达旋转角度，计算得到各扫描点的点云坐标。
50.具体的，各扫描点的点云坐标可以用如下公式来表示：
[0051][0052]
其中，{x，y，z}为扫描点的三维点云坐标，d为激光雷达扫描获得的扫描点距激光雷达的距离，θ为扫描点对应的激光光束在激光雷达垂直面的垂直扫描角度，δθ为误差角，为激光雷达旋转角，r为激光雷达的旋转半径。
[0053]
s232、计算各扫描点的密度估计值。
[0054]
具体的，可以通过以下公式，计算各扫描点的密度估计值；
[0055][0056]
其中，ρ(x,y,z)为扫描点的密度估计值，n为与扫描点匹配的数据点的数量，h为高斯核宽度，{x
n
，y
n
，z
n
}为与扫描点匹配的数据点的点云坐标。
[0057]
在本发明实施例中，对于在激光雷达旋转角为处的扫描点，选取范围内的数据点，进行核密度估计。
[0058]
s233、将各扫描点的密度估计值的最大值，作为待处理物体的表面密度。
[0059]
密度估计值最大的扫描点的位置，即为待处理物体表面点的位置，各扫描点的密度估计值的最大值，即为待处理物体的表面密度。
[0060]
s240、根据待处理物体的表面密度，计算待处理物体的水平空间分辨率。
[0061]
具体的，可以通过以下公式，计算待处理物体的水平空间分辨率：
[0062][0063]
其中，ε为待处理物体的水平空间分辨率，ρ为待处理物体的表面密度，ξ为待处理物体的垂直空间分辨率。
[0064]
在本发明实施例中，可以将空间分辨率分解为水平空间分辨率和垂直空间分辨率，也可以直接采用空间分辨率，本实施例对此不进行限制。
[0065]
s250、根据水平空间分辨率，计算得到待处理物体与激光束之间的夹角。
[0066]
具体的，根据水平空间分辨率，计算得到待处理物体与激光束之间的夹角又可以包括：根据水平空间分辨率，以及水平空间分辨率和待处理物体与激光束之间的夹角之间的关系，得到待处理物体与激光束之间的夹角。
[0067]
具体的，水平空间分辨率和待处理物体与激光束之间的夹角之间的关系可以通过以下公式表示：
[0068][0069]
其中，d为待处理物体的距离，为扫描角步进的初始值，β为待处理物体与激光束之间的夹角。
[0070]
在本发明实施例中，根据待处理物体的表面密度计算得到水平空间分辨率之后，即可根据水平空间分辨率计算得到待处理物体与激光束之间的夹角。
[0071]
s260、判断待处理物体与激光束之间的夹角是否满足角度阈值条件，若是，则执行s270，否则执行s280。
[0072]
在本发明实施例中，计算待处理物体与激光束之间的夹角的作用在于，当待处理物体与激光束之间的夹角较小时，意味着待处理物体平面是非常倾斜的，从而使得待处理物体几乎无法被激光雷达扫描到。因此，忽略与激光束之间的夹角较小的待处理物体，不会造成远距离物体表面漏扫描的问题。
[0073]
s270、根据预设的空间分辨率和待处理物体的距离，计算扫描角步进的更新值。
[0074]
具体的，水平空间分辨率和待处理物体与激光束之间的夹角之间的关系可以通过以下公式表示：
[0075][0076]
上文已计算得到待处理物体与激光束之间的夹角β，将预设的空间分辨率和待处理物体的距离代入上述公式，即可得到待处理物体在该距离处，要想在扫描图像中达到预设空间分辨率，需要的扫描角步进的更新值。
[0077]
s280、在激光雷达逆扫描过程中，到达待处理物体的旋转角度时，将扫描角步进切换至更新值。
[0078]
具体的，可以通过以下公式，计算待处理物体的旋转角度：
[0079][0080]
其中，为逆扫描过程中待处理物体的旋转角度，是正扫描过程中待处理物体的旋转角度，r为激光雷达的旋转半径。
[0081]
在同一扫描周期内的逆扫描过程中，设置扫描角步进的逆扫描初始值，可以设置一个较大的数值作为逆扫描初始值，也可以将正扫描过程中的初始值作为逆扫描初始值，本实施例对此不进行限制。当激光雷达旋转至待处理物体的旋转角度时，将扫描角步进切换至更新值，使得待处理物体在扫描图中的空间分辨率能够达到期望空间分辨率的要求。
[0082]
可选的，在正扫描过程中，获得各待处理物体对应的扫描角步进的更新值之后，还可以对不同激光雷达旋转角度处的扫描角步进的数值进行平滑聚类，得到一组平滑的扫描
角步进的数值。采用平滑聚类后的扫描角步进的数值进行激光雷达的逆扫描，使得激光雷达的扫描角步进的切换更加平滑。
[0083]
本实施例的技术方案，通过根据预设的空间分辨率和扫描距离的比值，计算扫描角步进的初始值，在激光雷达正扫描时，将扫描角步进设置为初始值，并采集待处理物体的点云数据和距离，根据待处理物体的点云数据计算得到待处理物体与激光束之间的夹角，在夹角满足角度阈值条件时根据预设的空间分辨率和待处理物体的距离，计算扫描角步进的更新值，在激光雷达逆扫描过程中，到达待处理物体的旋转角度时，将扫描角步进切换至更新值。解决了传统的激光雷达固定角分辨率的扫描方法，易造成采样不均，从而导致扫描图中距离较远的物体的空间分辨率下降的问题，通过逆扫描过程中扫描角步进的调整，实现了减少激光雷达采样不均的效果，提高了激光雷达的扫描精度。
[0084]
实施例三
[0085]
图3是本发明实施例三提供的一种激光雷达的扫描装置的结构示意图，该装置包括：激光雷达正扫描模块310、扫描角步进更新值计算模块320以及激光雷达逆扫描模块330。其中：
[0086]
激光雷达正扫描模块310，用于根据预设的空间分辨率，计算扫描角步进的初始值，并根据扫描角步进的初始值进行激光雷达正扫描；
[0087]
扫描角步进更新值计算模块320，用于获取激光雷达正扫描过程中扫描到的待处理物体的点云数据和距离，并根据待处理物体的点云数据和距离，计算扫描角步进的更新值；
[0088]
激光雷达逆扫描模块330，用于根据扫描角步进的更新值，进行激光雷达逆扫描。
[0089]
本实施例的技术方案，通过根据预设的空间分辨率计算扫描角步进的初始值，在激光雷达正扫描时，将扫描角步进设置为初始值，并采集待处理物体的点云数据和距离，根据待处理物体的点云数据和距离计算扫描角步进的更新值，根据扫描角步进的更新值，进行激光雷达逆扫描。解决了传统的激光雷达固定角分辨率的扫描方法，易造成采样不均，从而导致扫描图中距离较远的物体的空间分辨率下降的问题，实现了减少激光雷达采样不均的效果，提高了激光雷达的扫描精度。
[0090]
在上述实施例的基础上，激光雷达正扫描模块310，包括：
[0091]
扫描角步进初始值计算单元，用于获取预设的空间分辨率和扫描距离，将预设的空间分辨率和扫描距离的比值，作为扫描角步进的初始值。
[0092]
在上述实施例的基础上，扫描角步进更新值计算模块320，包括：
[0093]
表面密度计算单元，用于根据待处理物体的点云数据，计算待处理物体的表面密度；
[0094]
夹角计算单元，用于根据待处理物体的表面密度，计算待处理物体的水平空间分辨率，并根据水平空间分辨率，计算得到待处理物体与激光束之间的夹角；
[0095]
扫描角步进更新值计算单元，用于若待处理物体与激光束之间的夹角满足角度阈值条件，则根据预设的空间分辨率和待处理物体的距离，计算扫描角步进的更新值。
[0096]
在上述实施例的基础上，表面密度计算单元，具体用于：
[0097]
根据待处理物体的距离、垂直扫描角度和激光雷达旋转角度，计算得到各扫描点的点云坐标；
[0098]
通过以下公式，计算各扫描点的密度估计值；
[0099][0100]
其中，(x,y,z)为扫描点的点云坐标，ρ(x,y,z)为扫描点的密度估计值，n为与扫描点匹配的数据点的数量，h为高斯核宽度，(x
n
,y
n
,z
n
)为与扫描点匹配的数据点的点云坐标；
[0101]
将各扫描点的密度估计值的最大值，作为待处理物体的表面密度。
[0102]
在上述实施例的基础上，夹角计算单元，具体用于：
[0103]
通过以下公式，计算待处理物体的水平空间分辨率：
[0104][0105]
其中，ε为待处理物体的水平空间分辨率，ρ为待处理物体的表面密度，ξ为待处理物体的垂直空间分辨率；
[0106]
根据水平空间分辨率，以及水平空间分辨率和待处理物体与激光束之间的夹角之间的关系，得到待处理物体与激光束之间的夹角；
[0107]
水平空间分辨率和待处理物体与激光束之间的夹角之间的关系通过以下公式表示：
[0108][0109]
其中，d为待处理物体的距离，为扫描角步进的初始值，β为待处理物体与激光束之间的夹角。
[0110]
在上述实施例的基础上，激光雷达逆扫描模块330，包括：
[0111]
扫描角步进切换单元，用于在激光雷达逆扫描过程中，到达待处理物体的旋转角度时，将扫描角步进切换至更新值。
[0112]
在上述实施例的基础上，激光雷达逆扫描模块330，包括：
[0113]
旋转角度计算单元，用于通过以下公式，计算待处理物体的旋转角度：
[0114][0115]
其中，为逆扫描过程中待处理物体的旋转角度，是正扫描过程中待处理物体的旋转角度，r为激光雷达的旋转半径。
[0116]
本发明实施例所提供的激光雷达的扫描装置可执行本发明任意实施例所提供的激光雷达的扫描方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
[0117]
实施例四
[0118]
图4为本发明实施例四提供的一种计算机设备的结构示意图，如图4所示，该计算机设备包括处理器70、存储器71、输入装置72和输出装置73；计算机设备中处理器70的数量可以是一个或多个，图4中以一个处理器70为例；计算机设备中的处理器70、存储器71、输入装置72和输出装置73可以通过总线或其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。
[0119]
存储器71作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的激光雷达的扫描方法对应的模块(例如，激光雷达的扫描
装置中的激光雷达正扫描模块310、扫描角步进更新值计算模块320以及激光雷达逆扫描模块330)。处理器70通过运行存储在存储器71中的软件程序、指令以及模块，从而执行计算机设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的激光雷达的扫描方法。该方法包括：
[0120]
根据预设的空间分辨率，计算扫描角步进的初始值，并根据扫描角步进的初始值进行激光雷达正扫描；
[0121]
获取激光雷达正扫描过程中扫描到的待处理物体的点云数据和距离，并根据待处理物体的点云数据和距离，计算扫描角步进的更新值；
[0122]
根据扫描角步进的更新值，进行激光雷达逆扫描。
[0123]
存储器71可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器71可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器71可进一步包括相对于处理器70远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0124]
输入装置72可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与计算机设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置73可包括显示屏等显示设备。
[0125]
实施例五
[0126]
本发明实施例五还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种激光雷达的扫描方法，该方法包括：
[0127]
根据预设的空间分辨率，计算扫描角步进的初始值，并根据扫描角步进的初始值进行激光雷达正扫描；
[0128]
获取激光雷达正扫描过程中扫描到的待处理物体的点云数据和距离，并根据待处理物体的点云数据和距离，计算扫描角步进的更新值；
[0129]
根据扫描角步进的更新值，进行激光雷达逆扫描。
[0130]
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的激光雷达的扫描方法中的相关操作。
[0131]
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(read
‑
only memory,rom)、随机存取存储器(random access memory,ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0132]
值得注意的是，上述激光雷达的扫描装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
[0133]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、
重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。