C语言lidar_align雷达里程计校准功能详解

简介

lidar_align是一个用于激光雷达和里程计数据校准的库，主要用于点云地图构建、机器人导航等应用中。此库支持C/C++语言，可用于Linux和Windows系统。此外，该库还有一个ROS节点版本，方便ROS用户使用。

lidar_align库的主要功能有三个：

1. 雷达里程计校准（lidar-odometry calibration）
2. 雷达里程计标定（lidar-odometry calibration）
3. 激光单点云和地面提取（single-laser point cloud extraction and ground removal）

本攻略主要讲解lidar_align库中的雷达里程计校准功能。

算法介绍

lidar_align库使用两个算法实现雷达里程计校准。一个是基于激光雷达数据和里程计数据的点云匹配算法（点云ICP算法），另一个是基于车辆行驶轨迹的融合算法（轨迹融合算法）。这两种算法都是通用的，也可以用于其他领域。

使用方法

同样在lidar_align库中，实现了基于激光雷达数据和里程计数据的点云匹配算法（点云ICP算法）和基于车辆行驶轨迹的融合算法（轨迹融合算法）。

在使用lidar_align库进行雷达里程计校准之前，需要准备两个文件：

1. 激光雷达数据文件（格式为：timestamp x y z intensity）
2. 里程计数据文件（格式为：timestamp x y z rx ry rz）

具体使用方法如下：

1. 编写C或C++程序，引入lidar_align库中的头文件和库文件
2. 读取激光雷达数据和里程计数据，将数据保存为lidar_align库中定义的点云和里程计格式
3. 调用lidar_align库中的lidarOdoCalib函数进行雷达里程计校准，函数参数为读取的激光雷达数据和里程计数据
4. 根据lidar_align库返回的结果，进行校准后的数据处理和应用

下面将给出两个使用示例：

示例一

假设我们有一份激光雷达数据文件和一个里程计数据文件，它们的路径分别为laser_data.txt和odom_data.txt，我们想要使用lidar_align库进行雷达里程计校准：

#include "lidar_align.h"
#include <iostream>
#include <fstream>

int main()
{
    // 读取激光雷达数据
    std::ifstream laser_file("laser_data.txt");
    pcl::PointCloud<pcl::PointXYZI> laser_data;
    double timestamp;
    double x, y, z, intensity;
    while (laser_file >> timestamp >> x >> y >> z >> intensity)
    {
        pcl::PointXYZI point;
        point.x = x;
        point.y = y;
        point.z = z;
        point.intensity = intensity;
        laser_data.push_back(point);
    }

    // 读取里程计数据
    std::ifstream odom_file("odom_data.txt");
    double x_, y_, z_, rx, ry, rz;
    std::vector<nav_msgs::Odometry> odom_data;
    while (odom_file >> timestamp >> x_ >> y_ >> z_ >> rx >> ry >> rz)
    {
        nav_msgs::Odometry odom;
        odom.header.stamp = ros::Time(timestamp);
        odom.pose.pose.position.x = x_;
        odom.pose.pose.position.y = y_;
        odom.pose.pose.position.z = z_;
        odom.pose.pose.orientation.x = rx;
        odom.pose.pose.orientation.y = ry;
        odom.pose.pose.orientation.z = rz;
        odom_data.push_back(odom);
    }

    // 调用lidarOdoCalib函数进行雷达里程计校准
    lidar_align::lidarOdoCalib(laser_data, odom_data);

    return 0;
}

示例二

假设我们有一个ROS节点，并且这个节点已经订阅了激光雷达数据和里程计数据，我们想要在这个节点中使用lidar_align库进行雷达里程计校准：

#include "ros/ros.h"
#include "lidar_align.h"
#include "sensor_msgs/LaserScan.h"
#include "nav_msgs/Odometry.h"

void laserScanCallback(const sensor_msgs::LaserScan::ConstPtr& msg)
{
    // 将ROS消息转换为lidar_align库中的点云数据格式
    pcl::PointCloud<pcl::PointXYZI> laser_data;
    for (int i = 0; i < msg->ranges.size(); ++i)
    {
        pcl::PointXYZI point;
        point.x = msg->ranges[i] * std::cos(msg->angle_min + i * msg->angle_increment);
        point.y = msg->ranges[i] * std::sin(msg->angle_min + i * msg->angle_increment);
        point.z = 0.0;
        point.intensity = msg->intensities[i];
        laser_data.push_back(point);
    }

    // 调用lidarOdoCalib函数进行雷达里程计校准
    lidar_align::lidarOdoCalib(laser_data, odom_data);
}

void odomCallback(const nav_msgs::Odometry::ConstPtr& msg)
{
    // 将ROS消息转换为lidar_align库中的里程计数据格式
    nav_msgs::Odometry odom;
    odom.header.stamp = msg->header.stamp;
    odom.pose.pose = msg->pose.pose;
    odom.twist.twist = msg->twist.twist;
    odom_data.push_back(odom);
}

int main(int argc, char** argv)
{
    ros::init(argc, argv, "lidar_align_node");
    ros::NodeHandle nh;

    // 订阅激光雷达数据和里程计数据
    ros::Subscriber laser_scan_sub = nh.subscribe("/laser_scan", 10, laserScanCallback);
    ros::Subscriber odom_sub = nh.subscribe("/odom", 10, odomCallback);

    // 循环运行ROS节点
    ros::spin();

    return 0;
}

注意事项

1. lidar_align库使用的点云格式为pcl::PointCloud，里程计格式为nav_msgs::Odometry，读取数据时需要注意数据格式转换
2. 雷达里程计校准函数lidarOdoCalib的返回值是一个Eigen::Matrix4d类型的矩阵，表示校准后的坐标系变换矩阵
3. 进行校准后的数据处理和应用需要使用到Eigen矩阵相关的库函数，如点云变换函数pcl::transformPointCloud()等