(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221089013 3.5 (22)申请日 2022.07.26 (71)申请人 中山大学 地址 510275 广东省广州市海珠区新港西 路135号 (72)发明人 戴志强　周靖怡　朱祥维　翟春磊　 姚荷雄　 (74)专利代理 机构 广州三环 专利商标代理有限 公司 44202 专利代理师 吴松滨 (51)Int.Cl. G01S 17/42(2006.01) G01S 17/48(2006.01) G06V 20/00(2022.01) G06V 10/44(2022.01)G06V 10/74(2022.01) G06T 7/33(2017.01) (54)发明名称 基于几何信息和强度信息的激光雷达slam 方法及系统 (57)摘要 本发明提供了基于几何信息和强度信息的 激光雷达slam方法及系统， 通过激光雷达采集物 体点云， 对物体点云内各个点的强度信息进行校 准得到校准物体点云， 根据校准物体点云提取每 帧点云的几何特征点和强度特征点， 并根据校准 物体点云各个帧的强度特征点， 构建和更新点云 强度图， 再根据几何特征点、 强度特征点和点云 强度图进行点云配准， 得到帧间位姿变换， 并更 新点云位姿生成对应的位姿图后， 根据位姿图进 行轨迹推算构建定位地图， 以及通过后端闭环检 测优化位姿图， 并更新轨迹推算和定位地图的技 术方案， 能够在退化环境中采用强度特征与强度 图匹配完成配准优化， 有效解决退化环境激光雷 达slam失 效问题， 提高定位精准度且避免计算 资 源浪费。 权利要求书3页 说明书10页 附图2页 CN 115248439 A 2022.10.28 CN 115248439 A 1.一种基于几何信息和强度信息的激光雷达slam方法， 其特征在于， 所述方法包括以 下步骤： 通过激光雷达采集物体点云； 所述物体点云包括各个点的三维坐标信 息和对应的强度 信息； 对所述物体点云内各个点的强度信息进行校准， 得到对应的校准物体点云； 所述校准 物体点云包括各个点的三维坐标信息和对应的校准强度信息； 根据所述校准物体点云， 提取每帧点云的几何特征点和强度特征点， 并根据校准物体 点云各个帧的强度特 征点， 构建和更新 点云强度图； 根据几何特征点、 强度 特征点和点云强度图进行点云配准， 得到帧间位姿变换， 并根据 所述帧间位姿变换 更新点云位姿， 以及根据各帧的点云位姿， 生成对应的位姿图； 根据所述位姿图进行轨迹推算， 构建定位地图， 并通过后端闭环检测优化所述位姿图， 以及更新轨 迹推算和定位 地图。 2.如权利要求1所述的基于几何信息和强度信 息的激光雷达slam方法， 其特征在于， 所 述对所述物体点云内各个点的强度信息进行 校准， 得到对应的校准物体点云的步骤 包括： 根据所述物体点云构建物体平面， 并对所述物体平面进行局部法线分析， 得到激光束 入射角； 根据激光束入射角和激光雷达探测的物体距离， 对各个点的强度信息进行校准， 得到 对应的校准强度信息； 所述校准强度信息表示 为： 其中， ηall为常量； ρ 为物体的材料反射率； α为激光束入射角； R为激光雷达探测的物体 距离。 3.如权利要求1所述的基于几何信息和强度信 息的激光雷达slam方法， 其特征在于， 所 述根据所述校准物体点云， 提取每帧点云的几何特 征点和强度特 征点的步骤 包括： 对所述校准物体点云进行地 面分割， 得到地 面点； 计算每帧点云内各点的曲率信息， 并将每帧点云按照第一预设数目分段， 得到分段点 云； 将各个分段点云按照对应的曲率信 息进行降序排列， 自上而下筛选出第 二预设数目的 非地面点作为边缘点， 以及自下而上筛 选出第二预设数目的平面 点； 根据预设强度阈值， 筛选得到各个分段点云的有效强度点， 并对所述有效强度点进行 统计分析， 得到对应的强度特 征点。 4.如权利要求3所述的基于几何信息和强度信 息的激光雷达slam方法， 其特征在于， 所 述对所述有效强度点进行统计分析， 得到对应的强度特 征点的步骤 包括： 对有效强度点的校准强度信息进行统计， 得到校准强度信息中值； 将有效强度点中校准强度信息大于校准强度信息中值的点 提取为对应的强度特 征点。 5.如权利要求1所述的基于几何信息和强度信 息的激光雷达slam方法， 其特征在于， 所 述根据强度特 征点， 构建和更新 点云强度图的步骤 包括： 根据预设栅格尺寸， 构建栅格地图， 并将所述栅格地图的各个网格单元采用第一帧点 云的强度特 征点的强度校准 值进行初始化， 得到点云强度图；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115248439 A 2将当前帧点云与前一帧点云的点云强度图进行配准， 并采用当前帧点云的强度 特征点 的强度校准 值更新所述 点云强度图； 所述 点云强度图的更新公式为： 其中， mi为网格单元； M(mi∣zt)为当前帧网格mi的强度值， M(mi∣zk‑1)为前一帧网格mi的 强度值； 为校准物体点云的帧数， 为校准物体点云的强度校准 值。 6.如权利要求1所述的基于几何信息和强度信 息的激光雷达slam方法， 其特征在于， 所 述根据几何特征点、 强度特征点和 点云强度图进行点云配准， 得到帧间位姿变换 的步骤包 括： 根据各个帧的边缘点建立点到线距离最小约束， 以及根据 各个帧的平面点建立点到面 距离最小约束； 根据所述点到线距离最小约束和点到面距离最小约束， 构建几何特征目标方程； 所述 几何特征目标方程表示 为： 式中， 其中， Pe表示第k帧边缘点集合； pie表示第k帧的第 i个边缘点； (pje,ple)表示在第 k‑1帧 点云中搜索的一对匹配点； Ps表示第k帧平面点集合； pis表示第k帧的第i个平面点； (pjs, pls,pms)表示在第k ‑1帧点云中搜索的3个匹配点； T*为几何特征目标方程； 表示第k帧 和第k‑1帧的帧间位姿变换； 根据所述几何特 征目标方程进行点云配准， 并采用LM算法求 解得到帧间位姿变换。 7.如权利要求6所述的基于几何信息和强度信 息的激光雷达slam方法， 其特征在于， 所 述根据所述几何特 征目标方程进行点云配准， 得到帧间位姿变换的步骤 包括： 根据所述几何特征目标方程， 构建退化检测矩阵， 并根据所述退化检测矩阵的最小特 征值进行点云配准退化检测， 得到退化检测结果； 判断所述退化检测结果是否为存在退化， 若是， 则根据强度 特征点和点云强度图， 构建 强度特征约束， 并建立对应的强度特征目标方程， 以及根据强度特征目标方程进行点云配 准， 并采用LM算法求 解更新帧间位姿变换； 所述强度特 征目标方程表示 为： 式中， 其中， PI表示强度特征点集合； pi表示第i个强度特征点； 表示第i个强度特征点的校 准强度值； M表示点云强度图； M(pi)为第i个强度特征点在点云强度图M中的点强度值； 为权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115248439 A 3