专栏作者 / Sentinels
首发 / 汽车之心
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说到激光雷达的误差校准，常常有一个误区，就是认为：雷达校准好了之后，这个雷达就能完美无瑕的工作.
其实，这只是幻象，我们来看一个完美的雷达依然会出错的例子，这个误差来源于目标，而非雷达本身：
因为众所周知的无奈原因，雷达的光斑在通常情况下存在 2～3mrad 发散角（有时候更是存在严重发散），在几十米外，光斑就有碗口甚至脸盆那么大（甚至更大）。
此时，假设光斑部分射入高反光目标时，将引发 APD 输出不恰当的反射信号，从而产生一个不存在的点，进一步使得整体目标测量产生偏差：
多数情况下，光斑并不是圆形，APD 的信号波形也并非干净的抛物线，以上仅为示例。
所以，激光雷达在大多数情况下，能解决大部分的问题，但激光雷达不是灵丹妙药。
充其量，它作为主要传感器，只能拉升感知过程中贝叶斯定理的先验概率，让整个系统，看上去更可靠一点。
但过于依赖激光雷达的后果是严重的，无论是字面意思还是引申含义，你都会掉到沟里去。
接着上次的话题（你信任你的激光雷达吗？| 行家说），9 个校准参数中，我们已经讨论了 3 个参数：
我们留了个尾巴，我们在 25 米以上的距离采用固定补偿，25 米以内采用线性补偿，并应用了两点修正法（Two Point Calibration Methodology）；
然而，这只是原厂说明书的建议：
ROS 可不是这样，ROS 驱动其实把两点修正法写了一个全程，不管是不是 25 米，统统应用上去。
不过，它又在配置文件中，默默的把两点修正全关了，这个操作着实有点诡异：
所以 ROS 驱动中的写法，这一块也有问题。
不过问题也不大，因为误差并不大，也是 10 厘米以内。
其实 ROS 中打开两点校准，点云会有点「糊」，这涉及到另外一个问题，ROS 驱动即便是没有调用两点校准，它的两点校准法，也写错了。
抛开写错的 2 点校准，我们其实可以进行如下改进：
- 改进 1: 也加一个 25 米的判断，对 25 米以上的距离，放弃治疗，爱谁谁；
- 改进 2: 在 0-100 米，多立几个标靶，把 2 点修正法，改成 3 点、4 点甚至 N 点修正法；
- 改进 3: 上一点黑科技，用其他高精度传感器，如 RTK，IMU 等进行无标靶无监督校准，用非常多的点加以修正，拟合一个标定方程，线性非线性通吃；
不管怎样，这些留待以后再说，我们继续讲解一下两点修正法：
首先的一个大问题：为啥要再修正一次？
上篇（你信任你的激光雷达吗？| 行家说）我们说了，激光雷达在整个量程中，满足一个近似线性变化关系，D = (1+A)*d + B。
这还没完，角度编码器也存在误差，而且这个误差也是根据距离的变化而变化。
按照最初的思想，25 米外，我们放弃治疗了，25 米内，存在一个这样的现象：
假设：我们通过工程模式，把 HDL-64E 的电机给关了，让它停止旋转，并且把整机的方向角调到 0 度，我们在远处拿一个标靶，从 100 米，沿着激光发射的方向，慢慢挪动到距离雷达 1 米处的地方。
如果不应用两点校正法，我们在重构的点云图像上，会看到什么？
所以 25 米以内的数据，我们得想个办法，让它变成直线（当然，这个曲线曲率用肉眼很难看到）。
实际还原的点云中，XY 两个方向上，均有位移。因此，要对 XY 两个方向进行校正。
X 和 Y 方向是一样的，我们以 X 方向为例：
Dx ：代表在 25 米内的某个点，距离校准的修正值，该修正值仅应用在 x 方向上，这个数值，在 1-25 米处，是近似线性变化的；
D1x：代表在 x 轴方向 2.4 米处，距离校准的修正值，该修正值仅应用在 x 方向上，这个值就是 xml 文件中的「distCorrectionX_」；
（为什么是 2.4 米，因为雷达在工厂校准站校准时，标靶就放在 2.4 米处，你也可以放在 1.8 米处，然后读个其他数出来）
D2x：这个是 25.04 米处，x 方向上应该被校正的数值，可是，在 25 米处，整体误差已经能够被接受，不再需要进行二次校正，因此 D2x 的值，就是 distCorrection 的值；
X：变量，表示目前，校准前雷达上报的距离；
X1：2.4 米，是个固定的常量，跟工厂的标靶设置有关；
X2：25.04 米，也是个固定的常量，表示需要额外校准的一个上限值，也和标靶的设置有关；
Y 方向是一样的，在此不赘述。
需要注意的是代码的写法，可不能够在 XY 轴上直接加，无论是 distCorrectionX 还是 distCorrectionY，都仅表示校准的是距离本身，不同的是应用在 X 还是 Y 轴方向；
ROS 驱动哪里写的有问题？
它无缘无故加了这么两条，使得整体修正值偏小，而且小不少：
当然它默认并没有打开两点校正，所以，这个问题完美隐藏。
还有一个有意思的地方，Veloview 的代码，完全看不到两点校正，直接忽视掉了。
所以，HDL- 64E S3 是一款非常优秀的激光雷达（至少是曾经非常优秀）。
然而，大家都没有认真用。
无论是 ROS 驱动，还是 Veloview，甚至原厂说明书，大家都是粗人，谁也别笑话谁。
现在，我们已经讲了这些参数：
接下来，我们开始讲第一个参数：
rotCorrection_
这个定义非常简单：仅仅是激光逻辑发射方向 PM 跟激光雷达定义发射方向的夹角。
因此，由简单的几何关系可知（注意，以下为 XY 投影上的讨论，各点的名称在投影上是一样的）：
- P 点的横坐标 xx = PM* sin_rot_angle - OM* cos_rot_angle
- P 点的纵坐标：yy = PM * cos_rot_angle + OM * sin_rot_angle
其中：
rot_angle = rot_angle_from_sensor + rotCorrection_
很明显，OM 就是那个 horizOffsetCorrection_
最后，回到空间坐标系，我们对 P 点的 Z 轴坐标的计算毫无悬念：
zz = PM* sin_vert_angle + vert_offset*cos_vert_angle;
至此，我们关于测距的 7 个参数就讲完了，总结一下：
- 1. 激光雷达的原点往往在雷达几何中心，而激光的实际光路并不 care；
- 2. 激光雷达需要有一个逻辑发射接收点，这个点决定各个参数；
- 3. 不要信任从 GitHub 上下载的驱动，那是免费软件，是由一群缺乏 KPI 考核的，自由散漫的大神完成；
- 4. 激光雷达的精度除了和雷达本身的硬件相关之外，既跟校准水平相关，也跟驱动代码的写法相关。
- 5. 校准可以自己做，不用依赖厂家，校准的方法千变万化，我们之后再开个专题详聊，那简直是五花八门，令人叹为观止；
P.S. 未完待续。下一篇，我们讲解激光反射强度相关的内容，借此来一窥几何光学的玄妙。不要走开哦！
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