靜態線掃激光雷達與旋轉平台的兩階段外部標定

線掃激光雷達是一種能夠獲取固定平面內距離和方位角信息的傳感器。要實現三維環境感知，通常需要激光雷達與物體之間存在相對運動。因此，將線掃激光雷達安裝在旋轉平台上，通過平台旋轉來獲取物體的三維點雲數據，在工業精密掃描和檢測領域具有廣闊的應用前景。然而，這種設置面臨一個關鍵挑戰：如何精確確定旋轉平台相對於激光雷達座標系的旋轉軸？這一問題在機器人領域被稱為外部標定問題。旋轉軸標定的任何誤差都會直接影響重建點雲的質量，導致物體形狀的扭曲或錯誤表示。

本研究提出了一種兩階段自動標定方法，用於估計靜態線掃激光雷達與旋轉平台之間的旋轉軸變換。該方法包括靜態估計和動態估計兩個階段。靜態估計階段利用激光雷達在不同平台角度下掃描固定目標，通過幾何約束初步估計旋轉軸的方向和位置，例如使用最小二乘法擬合平面或直線。動態估計階段則利用平台連續旋轉時獲取的連續掃描數據，通過非線性優化算法（如Levenberg-Marquardt）進一步細化標定參數，提高精度。整個流程完全自動化，無需人工干預。

研究團隊採用定製旋轉平台和FMCW激光雷達獲取了真實世界數據集，對所提算法進行了驗證。實驗中，他們評估了不同初始條件下算法的收斂特性，結果表明該方法能夠在多種初始條件下穩定收斂到精確的標定參數。與僅使用靜態估計的方法相比，兩階段方法在精度上提升了約30%；與僅使用動態估計的方法相比，魯棒性顯著增強，尤其是在初始誤差較大的情況下。該論文共8頁，包含13張圖表，詳細描述了算法推導、實驗設置和結果分析。

該論文已被2026年IEEE/RSJ國際智能機器人與系統大會（IROS）接收，並計劃於會上展示。這一成果為工業精密掃描、自動化檢測等領域提供了可靠的標定方案，有望推動線掃激光雷達在三維重建和機器人感知中的廣泛應用。未來，研究團隊計劃進一步優化算法以適應更復雜的動態環境和實時標定需求，並探索將該方法擴展到多線激光雷達或固態激光雷達的應用中。