靜態線掃雷射雷達與旋轉平臺的兩階段外部標定

線掃雷射雷達是一種能夠獲取固定平面內距離和方位角資訊的感測器。要實現三維環境感知，通常需要雷射雷達與物體之間存在相對運動。因此，將線掃雷射雷達安裝在旋轉平臺上，透過平臺旋轉來獲取物體的三維點雲資料，在工業精密掃描和檢測領域具有廣闊的應用前景。然而，這種設定面臨一個關鍵挑戰：如何精確確定旋轉平臺相對於雷射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，用於估計靜態線掃雷射雷達與旋轉平臺之間的旋轉軸變換。該方法包括靜態估計和動態估計兩個階段。靜態估計階段利用雷射雷達在不同平臺角度下掃描固定目標，透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臺連續旋轉時獲取的連續掃描資料，透過非線性最佳化演算法（如Levenberg-Marquardt）進一步細化標定引數，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臺和FMCW雷射雷達獲取了真實世界資料集，對所提演算法進行了驗證。實驗中，他們評估了不同初始條件下演算法的收斂特性，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引數。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，詳細描述了演算法推導、實驗設定和結果分析。

該論文已被2026年IEEE/RSJ國際智慧機器人與系統大會（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，有望推動線掃雷射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最佳化演算法以適應更復雜的動態環境和即時標定需求，並探索將該方法擴充套件到多線雷射雷達或固態雷射雷達的應用中。