传感器的标定方法、系统、自移动设备及存储介质与流程

1.本发明属于智能设备技术领域，具体涉及一种传感器的标定方法、系统、自移动设备及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.自移动设备，是一种利用人工智能，自动执行目标任务的智能设备。如家庭常用的清洁机器人，保姆机器人等。自移动设备在移动过程中需要实时的探测前方的障碍物情况，从而采用相应的反应动作。比如，对于大的难以跨越的障碍，根据障碍物的轮廓和尺寸作回避。
3.然而，在自移动设备装配过程中，不可避免的出现探测区域环境的目标传感器安装位置的误差，如果这个误差超过一定范围，将导致根据目标传感器测得的物体相对机身的位置信息出现较大误差，甚至影响自移动设备的后续控制和正常使用。
4.因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。


技术实现要素：

5.因此，本发明所要解决的现有的自移动设备用于探测环境的目标传感器由于安装位置误差导致的测量数据偏差的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种传感器的标定方法，所述方法应用于自移动设备，包括：
7.获取目标传感器采集的点云数据；
8.根据所述点云数据确定探测区域的基准面在所述点云数据所处坐标系的映射面；所述基准面为限定所述目标传感器安装高度的平面；
9.根据所述映射面与所述基准面的距离对所述目标传感器的初始安装高度进行校准，生成校准后的目标安装高度并存储。
10.在其中一实施例中，所述根据所述点云数据确定探测区域的基准面在所述点云数据所处坐标系的映射面包括：
11.从所述点云数据中提取用于表征所述基准面的目标点；
12.对提取的所述目标点进行平面拟合，得到所述映射面。
13.在其中一实施例中，所述从所述点云数据中提取用于表征所述基准面的目标点包括：
14.从高度低于预设阈值的所述点云数据中提取k个目标点；其中，k的数量小于等于高度低于预设阈值的所有所述点云数据的个数。
15.在其中一实施例中，所述根据所述映射面与所述基准面的距离对所述目标传感器的安装高度进行校准包括：
16.确定所述映射面与所述基准面之间的距离为第一距离；
17.在所述第一距离的绝对值超过预设阈值时，确定所述目标安装高度为所述初始安
装高度与所述第一距离之差。
18.在其中一实施例中，所述预设阈值为零。
19.在其中一实施例中，所述获取目标传感器探测的点云数据包括：
20.获取所述目标传感器探测的深度图；
21.对所述深度图进行坐标转换得到所述点云数据。
22.此外，本发明还提供了一种传感器的标定系统，包括：
23.获取模块，用于获取目标传感器探测的点云数据；
24.确定模块，用于根据所述点云数据确定探测区域的基准面在所述点云数据所处坐标系的映射面；所述基准面为限定所述目标传感器安装高度的平面；
25.校准模块，用于根据所述映射面与所述基准面的距离对所述目标传感器的初始安装高度进行校准，生成校准后的目标安装高度并存储。
26.在其中一实施例中，所述校准模块，用于确定所述映射面与所述基准面之间的距离为第一距离，在所述第一距离的绝对值超过预设阈值时，确定目标安装高度为所述初始安装高度与所述第一距离之差。
27.此外，本发明还提供了一种自移动设备，包括：
28.主体；
29.目标传感器，设置在所述主体上，用于获取探测区域的点云数据；
30.存储器，预先存储有所述目标传感器的初始安装高度；
31.校准单元，与所述目标传感器和所述存储器均通信连接，用于：
32.根据所述点云数据确定探测区域的基准面在所述点云数据所处坐标系的映射面；所述基准面为限定所述目标传感器安装高度的平面；
33.根据所述映射面与所述基准面的距离对所述目标传感器的初始安装高度进行校准，生成校准后的目标安装高度并存储。
34.此外，本法民还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如上述任一实施例所述的传感器的标定方法。
35.本发明提供的技术方案，具有以下优点：本发明提供的应用于自移动设备的传感器的标定方法、系统、自移动设备及存储介质，该标定方法通过获取目标传感器采集的点云数据，根据点云数据确定探测区域的基准面在点云数据所处坐标系的映射面，其中，基准面为限定目标传感器安装高度的平面；进一步，根据映射面与基准面的距离对目标传感器的初始安装高度进行校准，生成校准后的目标安装高度并存储，从而实现对目标传感器安装高度的标定，从而保障基于目标传感器的测量数据的准确性。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
37.图1为本发明一实施例提供的传感器的标定方法的流程示意图；
38.图2为本发明实施例提供的传感器的标定系统的模块结构示意图；
39.图3为本发明实施例提供的自移动设备的简单结构示意图。
具体实施方式
40.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
41.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
42.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
43.自移动设备，是一种利用人工智能，自动执行目标任务的智能设备。通常配备有各种传感器，在执行任务过程中，通过各种传感器获取周围环境的数据，从而进行智能控制。
44.为了便于说明目的，请参见图3，自移动设备包括机身401和目标传感器403，其中目标传感器403设置于机身401上，用于获取探测区域的环境信息。虽然，目标传感器403安装在机身401的位置是已知的，但由于安装过程不可避免的存在误差，导致实际目标传感器403的位置与已知安装位置不匹配，进而造成目标传感器403的坐标系与机身401的坐标系在变换时出现误差，根据目标传感器403获取的环境信息通过坐标转换后得到的相对机身401的位置是不准确的，造成后续控制和导航的不准确。
45.针对上述问题，本发明提供了一种传感器的标定方法，用于自移动设备，在具体实施时，可以包括以下内容：
46.s10、获取目标传感器采集的点云数据；
47.s20、根据所述点云数据确定探测区域的基准面在所述点云数据所处坐标系的映射面；所述基准面为限定所述目标传感器安装高度的平面；
48.s30、根据所述映射面与所述基准面的距离对所述目标传感器的初始安装高度进行校准，生成校准后的目标安装高度并存储。
49.上述自移动设备可以为家庭常用的清洁机器人。具体的，清洁机器人可以包括扫地机器人、拖地机器人或扫拖一体机器人。当然，在其他实施场景中，上述自移动设备也可以为监控机器人或割草机器人等。
50.当然，需要说明的是，上述所列举的自移动设备只是一种示意性说明。具体实施时，根据具体的应用场景和处理需求，上述自移动设备还可以包括巡检机器人、保姆机器人等等，对此，本说明书不作限定。对应不同的自移动设备，自移动设备在探测区域中所要执行的工作任务也可以是有差异的。示例性的，在自移动设备为清洁机器人的情况下，相应的，探测区域为房间地面，工作任务为房间地面的清洁工作。
51.其中，目标传感器设置于自移动设备的机身上，用于采集探测区域的点云数据。具体的，目标传感器向探测区域发射探测信号，并接收回波信号，根据回波信号解算探测区域
的环境信息的点云数据。
52.在一具体实施场景中，上述目标传感器为tof(time of flight)传感器。具体的，tof传感器,通过发出经调制的近红外光(或者激光)，遇物体后反射，通过计算光线发射和反射时间差或相位差，来换算被拍摄景物的距离，以产生深度信息。tof传感器能够非常快速地组成场景的3d图像。只要提供能够照亮整个场景的光源都可以使tof传感器确定所有点的深度。可以提供了整个环境物体信息的距离图，其中每个像素编码到场景中相应点的距离。当然，上述目标传感器还可以是其他类型的传感器，在此不作限制。
53.需要说明的是，在采用上述方法进行传感器的标定之前，需要将自移动设备放置于一平面上，该平面为探测区域的基准面，也即限定目标传感器安装高度的平面。在此情况下，获取目标传感器采集的点云数据，这些点云数据包含了对应该基准面的数据，进一步可以根据点云数据确定探测区域的基准面在点云数据所处坐标系的映射面。
54.若目标传感器位置安装准确无误，该映射面与基准面应该是重合的。若，映射面与基准面之间具有高度差，即目标传感器的初始安装高度存在误差，进一步通过映射面与基准面之间的距离对目标传感器的初始安装高度进行校准，生成校准后的目标安装高度并存储。具体的，将初始安装高度校准为目标安装高度。
55.自移动设备至少配置有存储器，预先存储有目标传感器的初始安装高度。在对上述初始安装高度校准之后，将得到的目标安装高度存储在上述存储器中。
56.本实施例提供的传感器的标定方法，能够根据目标传感器采集的点云数据确定探测区域的基准面在点云数据所处坐标系的映射面，根据映射面与基准面的距离对目标传感器的初始安装高度进行校准，生成校准后的目标安装高度并存储，能够准确识别和校准目标传感器的高度误差，降低由于高度误差导致的地面低矮障碍物的漏检测或误检测，提高探测区域环境信息检测的准确性，确保自移动设备基于探测区域环境信息的自动控制的准确性和精度。
57.在一实施例中，步骤s20“所述根据所述点云数据确定探测区域的基准面在所述点云数据所处坐标系的映射面”包括：
58.从所述点云数据中提取用于表征所述基准面的目标点；
59.对提取的所述目标点进行平面拟合，得到所述映射面。
60.可以理解的，目标传感器获取的点云数据中表征基准面的目标点其高度基本相同，且在同一平面内。这些目标点的高度处于所有点云数据中最低的位置，因此，可以将具有上述特征的点云数据提取出来，进一步对提取的目标点进行平面拟合得到映射面。具体的，平面拟合可以采用最小二乘法，在此不再详述。
61.因此，在一具体实施例中，上述步骤“所述从所述点云数据中提取用于表征所述基准面的目标点”包括：
62.从高度低于预设阈值的所述点云数据中提取k个目标点；其中，k的数量小于等于高度低于预设阈值的所述点云数据的个数。
63.也即通过设置预设阈值，获取高度低于该预设阈值的点云数据，从中提取k个，进行平面拟合，得到该映射面。
64.为了降低映射面的计算量，在标定场景中，还可以围绕探测区域设置吸光幕，该吸光幕能够吸收目标传感器发射的探测信号，打在吸光幕上的探测信号不能返回至目标传感
器，因此，目标传感器不能收到布设吸光幕的环境信息，目标传感器接收的点云数据将大大减少，其收到的点云数据几乎全部对应上述基准面，大大提高了目标点提取的准确性和映射面拟合的精度。
65.在拟合了映射面之后，映射面理论高度为零，因此，若映射面高于或低于基准面，均表示目标传感器存在安装误差，需要进行校准，以便降低安装误差对数据准确性的影响。
66.在一实施例中，上述步骤“所述根据所述映射面与所述基准面的距离对所述目标传感器的安装高度进行校准”包括：
67.确定所述映射面与所述基准面之间的距离为第一距离；
68.在所述第一距离的绝对值超过预设阈值时，确定目标安装高度为所述初始安装高度与所述第一距离之差。
69.可以理解的，映射面与基准面大致平行，基准面的高度为零，上述第一距离为映射面与基准面之间的距离值。当第一距离为零时，说明目标传感器不存在安装高度误差，无需进行校准。若第一距离大于零或者小于零，说明目标传感器存在安装高度误差。
70.记第一距离为h，预先存储的目标传感器的高度为h。具体而言，在确定映射面与基准面之间的第一距离h之后，将第一距离h的绝对值与预设阈值进行比较，若第一距离h超过预设阈值，则对预先存储的目标传感器的初始安装高度h进行校准，生成校准后的目标安装高度h-h并进行存储。也就是说，将初始安装高度h校准为目标安装高度h-h。其中，h可以为正数也可以为负数。
71.上述实施例提供的方法，通过设置预设阈值，只有在超过预设阈值时才进行校准，对于小于预设阈值的情况不进行校准。
72.在具体实施例中，预设阈值可以为零附近的数值，当然预设阈值也可以为零。优选的，上述预设阈值为零。
73.在一实施例中，上述步骤“所述获取目标传感器探测的点云数据”包括：
74.获取所述目标传感器探测的深度图；
75.对所述深度图进行坐标转换得到所述点云数据。
76.目标传感器获取的深度图通常以矩阵形式表征，其所处的坐标系为目标传感器坐标系，该目标传感器坐标系可以限定像素位置和深度信息。点云数据对应的坐标系为能够检测基准面对应的映射面的坐标系。在很多情况下，目标传感器的安装高度为相对于地面计算的高度，此时该基准面为地面。
77.具体地，上述深度图对应的坐标系为目标传感器坐标系，点云数据对应的坐标系为直角坐标系；对深度图进行坐标转换得到点云数据包括：将深度图进从目标传感器坐标系转换至直角坐标系，得到上述点云数据。
78.本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
79.本发明还提供了一种传感器的标定系统100。请参见图2，该标定系统100包括获取模块101，确定模块103和校准模块105。该标定系统100应用于自移动设备，该自移动设备包括目标传感器，该标定系统具体用于自移动设备的目标传感器的安装高度的标定。
80.其中，获取模块101，用于获取目标传感器探测的点云数据；确定模块103，用于根据点云数据确定探测区域的基准面在点云数据所处坐标系的映射面；基准面为限定目标传
感器安装高度的平面；校准模块105，根据所述映射面与所述基准面的距离对所述目标传感器的初始安装高度进行校准，生成校准后的目标安装高度并存储。
81.在一些实施例中，确定模块103在具体实施时通过以下方式得到映射面：从点云数据中提取用于表征基准面的目标点；对提取的目标点进行平面拟合，得到映射面。
82.在一些实施例中，确定模块103在具体实施时通过以下方式提取上述目标点：从高度低于预设阈值的所述点云数据中提取k个目标点；其中，k的数量小于等于高度低于预设阈值的所述点云数据的个数。
83.在一些实施例中，校准模块105在具体实施时通过以下方式对目标传感器的安装高度进行校准：确定所述映射面与所述基准面之间的距离为第一距离；在所述第一距离的绝对值超过预设阈值时，确定目标安装高度为初始安装高度与第一距离之差。上述预设阈值为零或者接近于零的正数。
84.具体的，记第一距离为h，初始安装高度为h。校准模块在确定映射面与基准面之间的第一距离h之后，若第一距离h的绝对值大于零，则将预先存储的目标传感器的初始安装高度h进行校准，生成校准后的目标安装高度h-h并进行存储。
85.在一些实施例中，获取模块101在具体实施时通过以下方式获取目标传感器探测的点云数据：获取所述目标传感器探测的深度图；对所述深度图进行坐标转换得到所述点云数据。
86.本实施例提供的传感器的标定系统，能够对目标传感器的初始安装高度误差进行校准，生成校准后的目标安装高度并存储，保障基于目标传感器的测量数据的准确性。
87.本实施例所述的传感器的标定系统100与上述的传感器的标定方法相互对应，本实施例中传感器的标定系统100中各个模块的功能在相应的方法实施例中详细阐述，在此不再赘述。
88.本发明还提供了一种自移动设备，请参见图3，该自移动设备包括主体401，设置在主体401上的目标传感器403和控制装置402。其中，控制装置402包括存储器和校准单元。
89.其中，目标传感器403，用于获取探测区域的点云数据；存储器，预先存储有目标传感器的初始安装高度h。
90.校准单元，与目标传感器和存储器均通信连接，用于：
91.根据点云数据确定探测区域的基准面在点云数据所处坐标系的映射面；基准面为限定目标传感器安装高度的平面；
92.根据映射面与基准面的距离对目标传感器的初始安装高度进行校准，生成校准后的目标安装高度并存储。
93.在具体实施例中，校准单元用于从点云数据中提取用于表征基准面的目标点；对提取的目标点进行平面拟合，得到映射面。具体的，校准单元从高度低于预设阈值的点云数据中提取k个目标点；其中，k的数量小于等于高度低于预设阈值的点云数据的个数。
94.在一具体实施例中，校准单元用于确定所述映射面与基准面之间的距离为第一距离；在第一距离的绝对值超过预设阈值时，确定目标安装高度为初始安装高度与第一距离之差。
95.具体的，记第一距离为h，初始安装高度为h。校准模块在确定映射面与基准面之间的第一距离h之后，若第一距离h的绝对值大于零，则将预先存储的目标传感器的初始安装
高度h进行校准，生成校准后的目标安装高度h-h并进行存储。
96.在一具体实施例中，上述预设阈值为零。
97.在具体实施例中，目标传感器通过获取探测区域的深度图；对深度图进行坐标转换得到点云数据。
98.上述实施例中所提及的部件(如校准单元、目标传感器等)与传感器标定方法中相应的部件功能一致，校准单元所执行的功能是实现上述传感器的标定方法，具体内容可参照对上述传感器的标定方法的描述，在此不再赘述。
99.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，计算机程序使得计算机执行上述任一实施例所述的传感器的标定方法。
100.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、服务器或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、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。
101.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、服务器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、嵌入式处理机或其它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它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。
102.显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，可以做出其它不同形式的变化或变动，都应当属于本发明保护的范围。

技术特征：
1.一种传感器的标定方法，其特征在于，所述方法用于自移动设备，包括：获取目标传感器采集的点云数据；根据所述点云数据确定探测区域的基准面在所述点云数据所处坐标系的映射面；所述基准面为限定所述目标传感器安装高度的平面；根据所述映射面与所述基准面的距离对所述目标传感器的初始安装高度进行校准，生成校准后的目标安装高度并存储。2.根据权利要求1所述的传感器的标定方法，其特征在于，所述根据所述点云数据确定探测区域的基准面在所述点云数据所处坐标系的映射面，包括：从所述点云数据中提取用于表征所述基准面的目标点；对提取的所述目标点进行平面拟合，得到所述映射面。3.根据权利要求2所述的传感器的标定方法，其特征在于，所述从所述点云数据中提取用于表征所述基准面的目标点，包括：从高度低于预设阈值的所述点云数据中提取k个目标点；其中，k的数量小于等于高度低于预设阈值的所有所述点云数据的个数。4.根据权利要求1-3中任一所述的传感器的标定方法，其特征在于，所述根据所述映射面与所述基准面的距离对所述目标传感器的安装高度进行校准，包括：确定所述映射面与所述基准面之间的距离为第一距离；在所述第一距离的绝对值超过预设阈值时，确定所述目标安装高度为所述初始安装高度与所述第一距离之差。5.根据权利要求4所述的传感器的标定方法，其特征在于，所述预设阈值为零。6.根据权利要求1-3中任一项所述的传感器的标定方法，其特征在于，所述获取目标传感器探测的点云数据，包括：获取所述目标传感器探测的深度图；对所述深度图进行坐标转换得到所述点云数据。7.一种传感器的标定系统，其特征在于，包括：获取模块，用于获取目标传感器探测的点云数据；确定模块，用于根据所述点云数据确定探测区域的基准面在所述点云数据所处坐标系的映射面；所述基准面为限定所述目标传感器安装高度的平面；校准模块，用于根据所述映射面与所述基准面的距离对所述目标传感器的初始安装高度进行校准，生成校准后的目标安装高度并存储。8.根据权利要求7所述的传感器的标定系统，所述校准模块，用于确定所述映射面与所述基准面之间的距离为第一距离，在所述第一距离的绝对值超过预设阈值时，确定目标安装高度为所述初始安装高度与所述第一距离之差。9.一种自移动设备，其特征在于，包括：主体；目标传感器，设置在所述主体上，用于获取探测区域的点云数据；存储器，预先存储有所述目标传感器的初始安装高度；校准单元，与所述目标传感器和所述存储器均通信连接，用于：根据所述点云数据确定探测区域的基准面在所述点云数据所处坐标系的映射面；所述
基准面为限定所述目标传感器安装高度的平面；根据所述映射面与所述基准面的距离对所述目标传感器的初始安装高度进行校准，生成校准后的目标安装高度并存储。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1至6中任一项所述的传感器的标定方法。

技术总结
本发明公开一种传感器的标定方法、系统、自移动设备及计算机可读存储介质，该标定方法通过获取目标传感器采集的点云数据，根据点云数据确定探测区域的基准面在点云数据所处坐标系的映射面，其中，基准面为限定目标传感器安装高度的平面；进一步，根据映射面与基准面的距离对目标传感器的初始安装高度进行校准，生成校准后的目标安装高度并存储，从而实现对目标传感器安装高度的标定，从而保障基于目标传感器的测量数据的准确性。传感器的测量数据的准确性。传感器的测量数据的准确性。


技术研发人员：程立业 杨飞雨 孟庆林
受保护的技术使用者：追觅创新科技（苏州）有限公司
技术研发日：2022.01.18
技术公布日：2023/7/31