本发明专利技术涉及一种相机与激光雷达组合传感器的外参数标定方法，包括：将该组合传感器对准一个标定装置，进行一次扫描，获得该标定装置在激光雷达坐标系中的第一坐标、在图像坐标系中的第二坐标和在相机坐标系中的第三坐标；通过该第一坐标和该第二坐标，获取标定装置坐标系至该激光雷达坐标系的第一变换矩阵；通过第三坐标和该第二坐标，获取该相机坐标系至该标定装置坐标系的第二变换矩阵；通过该第一变换矩阵和该第二变换矩阵，获得该相机坐标系至该激光雷达坐标系的外参数矩阵。本发明专利技术操作简便、计算简单，标定设备易获得，提高了结果的精度和方法的可优化性。
Calibration Method and System for External Parameters of Camera and Lidar Combined Sensor
【技术实现步骤摘要】
相机与激光雷达组合传感器的外参数标定方法及系统
本专利技术涉及相机和激光雷达传感器标定领域，具体涉及一种相机和激光雷达外参数标定系统与方法。
技术介绍
相机摄像头，是一种利用光学成像原理形成影像并记录影像的设备。其工作原理是通过镜头将光聚焦在电荷耦合元件(Charge-coupledDevice,CCD)或互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor,CMOS)上，然后通过CCD或CMOS将光转换成电信号，经过传感器加工，记录在相机的内存上，就可以处理拍摄的图像。激光雷达，即通过是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号，即激光束，然后将接收到的从目标反射回来的信号，即目标回波，与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，例如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。激光雷达本身具有非常精确的测距能力，可以获得极高的角度、距离和速度分辨率。在相机和激光雷达的导航系统当中，我们可以通过相机和激光雷达获得周围的环境。但是因为激光雷达扫描出的点云分布非常稀疏，对周围环境的测量反馈非常有限。而高线数的激光雷达成本非常昂贵，并不经济。因此，将相机与激光雷达进行组合，从而结合稠密的场景信息和低线数激光雷达，是非常有必要的。此时，获取相机和激光雷达之间的位置关系与坐标变换就变得尤为重要，这决定了相机和激光雷达系统能否成功运行。然而，由于激光雷达扫描的空间点云没有颜色和纹理等信息，在利用三维点云标定相机和激光雷达系统的时候，很难对应相机和激光雷达扫描过程当中的对应点，因此这就成为了相机和激光雷达的标定过程当中的难点。对上述相机和激光雷达系统的标定方法一般采用多块平行标定板以及需要移动标定板或者测量装置进行多次测量，然后拟合出相机和激光雷达之间的坐标变换关系。这种标定方法往往需要较为准确的坐标变换初始值，然后通过精调得到较为准确的结果，且移动标定板或测量装置进行反复测量的过程增加了操作的复杂性。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术中需要多次测量及多块标定板的缺陷，提出了一种相机与激光雷达组合传感器的外参数标定方法及系统，采用一次测量即可获取相机与激光雷达的外参数矩阵，可以兼顾准确性、简单易用性、高效性和普适性。具体来说，本专利技术提出一种相机与激光雷达组合传感器的外参数标定方法，包括：将组合传感器对准标定装置，进行一次扫描，获得该标定装置在激光雷达坐标系中的第一坐标PAi、在图像坐标系中的第二坐标PBi和在相机坐标系中的第三坐标PCi；以该第一坐标PAi和该第二坐标PBi，获取标定装置坐标系至该激光雷达坐标系的第一变换矩阵TA；以第三坐标PCi和该第二坐标PBi，获取该相机坐标系至该标定装置坐标系的第二变换矩阵TC-1；以该第一变换矩阵TA和该第二变换矩阵TC-1，获得该相机坐标系至该激光雷达坐标系的外参数矩阵TE；其中，该标定装置包括三个相互垂直相交设置的标定板。本专利技术所述的外参数标定方法，其中获得该变换矩阵TE步骤包括：获取图像坐标系至标定板坐标系的第三变换矩阵TD；分解该第三变换矩阵TD，得到该标定板坐标系至该相机坐标系的第四变换矩阵TC；对该第四变换矩阵TC求逆，获得该第二变换矩阵TC-1；获得该外参数矩阵TE＝TATC-1。本专利技术所述的外参数标定方法，其中该相机的光轴和该激光雷达的扫射面，与三个该标定板的平面夹角均大于30°。本专利技术所述的外参数标定方法，其中该标定板为黑白方格交替设置的标准尺寸棋盘平面标定板。本专利技术还提出一种相机与激光雷达组合传感器的外参数标定系统，包括：坐标获取模块，用于将组合传感器对准标定装置，进行一次扫描，获得该标定装置在激光雷达坐标系中的第一坐标PAi、在图像坐标系中的第二坐标PBi和在相机坐标系中的第三坐标PCi；第一变换矩阵获取模块，用于以该第一坐标PAi和该第二坐标PBi，获取标定装置坐标系至该激光雷达坐标系的第一变换矩阵TA；第二变换矩阵获取模块，用于以第三坐标PCi和该第二坐标PBi，获取该相机坐标系至该标定装置坐标系的第二变换矩阵TC-1；外参数矩阵获取模块，用于以该第一变换矩阵TA和该第二变换矩阵TC-1，获得该相机坐标系至该激光雷达坐标系的外参数矩阵TE；其中，该标定装置包括三个相互垂直相交设置的标定板。本专利技术所述的外参数标定系统，其中该外参数矩阵获取模块具体包括：获取图像坐标系至标定板坐标系的第三变换矩阵TD；分解该第三变换矩阵TD，得到该标定板坐标系至该相机坐标系的第四变换矩阵TC；对该第四变换矩阵TC求逆，获得该第二变换矩阵TC-1；获得该外参数矩阵TE＝TATC-1。本专利技术所述的外参数标定系统，其中调用坐标获取模块时，该相机的光轴和该激光雷达的扫射面，与三个该标定板的平面夹角均大于30°。本专利技术所述的外参数标定系统，其中该标定板为黑白方格交替设置的标准尺寸棋盘平面标定板。本专利技术还提出一种可读存储介质，存储有可执行指令，该可执行指令用于执行如前述的相机与激光雷达组合传感器的外参数标定方法。本专利技术还提出一种数据处理装置，包括如前述的可读存储介质，该数据处理装置调取并执行该可读存储介质中的可执行指令，以进行相机与激光雷达组合传感器的外参数标定。本专利技术提出了一种相机与激光雷达组合传感器的外参数标定系统与方法，使用一块拥有标准尺寸的镂空棋盘立体标定板，对相机和激光雷达的待标定系统进行标定。利用采集到的空间点之间的关系，通过求解方程组，获得相机和激光雷达的外参数。该系统与方法获得空间标定点容易，求解过程简单、快速。附图说明图1是本专利技术的相机与激光雷达组合传感器的外参数标定方法流程图。图2是本专利技术的棋盘平面标定板示意图。图3是本专利技术的镂空棋盘平面标定板示意图。图4是本专利技术的定板装置示意图。图5是本专利技术的坐标系变换示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术提出的相机与激光雷达组合传感器的外参数标定方法及系统进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方法仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提出了一种相机和激光雷达组合传感器的外参数标定系统，包括一个组合传感器(待标定系统)和一个标定装置。其中，组合传感器包括固定于所需应用设备上的一个相机和一个激光雷达，标定装置为拥有标准尺寸的镂空棋盘立体标定板。该方法的具体步骤如下：S1：将相机和激光雷达固定于所需应用设备上，这个相机和激光雷达就组成了一个待标定的相机、激光雷达系统。S2：固定一个拥有标准尺寸的镂空棋盘立体标定板，使其能够被相机拍摄和激光雷达扫描。S2.1：获取三个拥有标准尺寸的镂空棋盘平面标定板：首先获得三块棋盘平面标定板，然后去除其中的黑色小方格，即可获得三个镂空棋盘平面标定板；S2.2：获取一个拥有标准尺寸的镂空棋盘立体标定板：将上述三块镂空棋盘平面标定板延边拼接在一起，保证每两块标定板的平面夹角为90°，三块标定板的交汇点为原点。S2.3：在制作好该镂空棋盘立体标定板之后，需要将该标准尺寸的镂空棋盘立体标定板固定于相机和激光雷达都可以观测到的位置，并且立体标定板的三个面应与相机的光轴和激光雷达的扫描面保持大于30度的夹角。S3：开启S1中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种相机与激光雷达组合传感器的外参数标定方法，其特征在于，包括：步骤1，将该组合传感器对准一个标定装置，进行一次扫描，获得该标定装置在激光雷达坐标系中的第一坐标、在图像坐标系中的第二坐标和在相机坐标系中的第三坐标；步骤2，通过该第一坐标和该第二坐标，获取标定装置坐标系至该激光雷达坐标系的第一变换矩阵；步骤3，通过第三坐标和该第二坐标，获取该相机坐标系至该标定装置坐标系的第二变换矩阵；步骤4，通过该第一变换矩阵和该第二变换矩阵，获得该相机坐标系至该激光雷达坐标系的外参数矩阵。
【技术特征摘要】
1.一种相机与激光雷达组合传感器的外参数标定方法，其特征在于，包括：步骤1，将该组合传感器对准一个标定装置，进行一次扫描，获得该标定装置在激光雷达坐标系中的第一坐标、在图像坐标系中的第二坐标和在相机坐标系中的第三坐标；步骤2，通过该第一坐标和该第二坐标，获取标定装置坐标系至该激光雷达坐标系的第一变换矩阵；步骤3，通过第三坐标和该第二坐标，获取该相机坐标系至该标定装置坐标系的第二变换矩阵；步骤4，通过该第一变换矩阵和该第二变换矩阵，获得该相机坐标系至该激光雷达坐标系的外参数矩阵。2.如权利要求1所述的外参数标定方法，其特征在于，步骤4中，获得该外参数矩阵具体包括如下步骤：步骤21，获取图像坐标系至标定板坐标系的第三变换矩阵；步骤22，分解该第三变换矩阵，得到该标定板坐标系至该相机坐标系的第四变换矩阵；步骤23，对该第四变换矩阵求逆，获得该第二变换矩阵；步骤24，将该第一变换矩阵与第二变换矩阵求积，获得该外参数矩阵。3.如权利要求1所述的外参数标定方法，其特征在于，该相机的光轴和该激光雷达的扫射面，与三个该标定板的平面夹角均大于30°。4.如权利要求3所述的外参数标定方法，其特征在于，该标定板为黑白方格交替设置的标准尺寸棋盘平面标定板。5.一种相机与激光雷达组合传感器的外参数标定系统，其特征在于，包括：坐标获取模块，用于将组合传感器对准标定装置，进行一次扫描，获得该标定装置在激光雷达坐标系中的第一坐标...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘世策，胡瑜，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11
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