激光雷达-摄像机联合标定靶和联合标定方法技术

本发明专利技术公开了一种激光雷达‑摄像机联合标定靶及联合标定方法，该联合标定靶包括棋盘标定板和“L”字形标定板；“L”字形标定板包括第一平面立板和第二平面立板，第二平面立板相对于第一平面立板转角90°后固定在第一平面立板上；棋盘标定板平行于第一平面立板，且位于第一平面立板的视线前侧固定于第一平面立板上，棋盘标定板上排布有黑白棋盘格图案。本发明专利技术的激光雷达‑摄像机联合标定靶，在传感器和标定靶均不移动的情况下完成激光雷达和摄像机的联合标定，能够克服激光雷达角分辨率较低的实际使用局限性，距离突变的边缘部分能够得到准确的距离值，具有结构简单，制作成本低的特点，并适用于批量标定。

Target calibration and joint calibration of lidar camera

【技术实现步骤摘要】
激光雷达-摄像机联合标定靶和联合标定方法
本专利技术属于多传感器联合标定
，具体涉及一种激光雷达-摄像机联合标定靶，还涉及一种使用该联合标定靶对激光雷达-摄像机进行联合标定的方法。
技术介绍
在智能机器人的视觉导航中，使用多传感器数据融合技术，可以得到关于环境更加可靠、统一、精细的描述，以便决策、规划及控制。在进行像素级别的数据融合时，多传感器的标定是必须解决的问题之一。标定一般分为2个部分：各传感器自身参数的标定以及多传感器的联合标定。各传感器自身参数的标定是为了保证所采集数据的准确性，而多传感器的联合标定是为了多传感器数据的准确匹配。激光雷达与摄像机是机器人的主要传感器，激光雷达提供的距离信息和摄像机提供的色彩信息具有很强的互补性，因此融合两者的信息成为当今的研究热点。其中，摄像机标定问题已经得到较好的解决，如，基于径向排列约束的两步法、基于3D棋盘靶标的标定法以及平面模板标定法。关于激光雷达标定问题也有研究，如采用一根细杆子作为标定物面，如，针对摄像机和2D激光雷达，采用直角三角形平板或者采用梯形斜面标定板作为靶标，采用线条作为匹配特征得到标定结果。都是将激光雷达采集的距离信息图通过变换，使场景自然边缘更清晰突出，再提取边缘线条与摄像机拍摄的照片中检测出来的边缘相匹配；在传感器平台沿任意轨道移动过程中针对固定靶标多次采集数据，通过最小化不同视角拍摄的多帧间场景点的欧式投影偏差来得到标定结果等。然而由于扫描激光雷达的特殊性，它的角分辨率较低，通常仅为0.15°-3°，而且受混合像素的影响，距离突变的边缘部分往往得不到准确的距离值。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种激光雷达-摄像机联合标定靶，在传感器和标定靶均不移动的情况下完成激光雷达和摄像机的联合标定，能够克服激光雷达角分辨率较低的实际使用局限性，距离突变的边缘部分能够得到准确的距离值，具有结构简单，制作成本低的特点，并适用于批量标定。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种激光雷达-摄像机联合标定靶，包括棋盘标定板和“L”字形标定板；所述“L”字形标定板包括第一平面立板和第二平面立板，所述第二平面立板相对于第一平面立板转角90°后固定在第一平面立板上；所述棋盘标定板平行于第一平面立板，且位于第一平面立板的视线前侧固定于第一平面立板上，所述棋盘标定板上排布有黑白棋盘格图案。本专利技术一个较佳实施例中，进一步包括所述棋盘标定板在第一平面立板上位于第一平面立板和第二平面立板相接部位的下方。本专利技术一个较佳实施例中，进一步包括所述第一平面立板和第二平面立板相接部位的延长线为铅垂线，所述黑白棋盘格图案的其中一条黑白分隔线的延长线与所述第一平面立板和第二平面立板相接部位的延长线重叠。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种激光雷达-摄像机联合标定方法，使用以上结构的联合标定靶对激光雷达和摄像机进行联合标定，包括以下步骤，(1)激光雷达扫描“L”字形标定板，获取激光雷达和“L”字形标定板之间的相对位置关系[R1,T1]；(2)摄像头拍摄棋盘标定板，获取摄像机和棋盘标定板之间的相对位置关系[R2,T2]；(3)根据联合标定靶的结构获取棋盘标定板和“L”字形标定板之间的相对位置关系[R3,T3]；(4)根据激光雷达和“L”字形标定板之间的相对位置关系[R1,T1]、摄像机和棋盘标定板之间的相对位置关系[R2,T2]和棋盘标定板和“L”字形标定板之间的相对位置关系[R3,T3]，确定激光雷达和摄像机之间的相对位置关系[R,T]。本专利技术一个较佳实施例中，进一步包括步骤(1)中，获取激光雷达和“L”字形标定板之间相对位置关系[R1,T1]的过程为：S1，激光雷达连续扫描第一平面立板和第二平面立板，获取打在第一平面立板和第二平面立板上的所有雷达点；S2，筛选出属于第一平面立板的雷达点和属于第二平面立板的雷达点；S3，基于最小二乘直线拟合法拟合属于第一平面立板的所有雷达点，获取第一条直线方程L1；基于最小二乘直线拟合法拟合属于第二平面立板的所有雷达点，获取第二条直线方程L2；S4，计算第一条直线和第二条直线的交点P；S5，根据激光雷达和“L”字形标定板之间的高度差确定以交点P为原点的“L”字形标定板坐标系。本专利技术一个较佳实施例中，进一步包括步骤S2中，筛选雷达点的过程为，当激光雷达自第二平面立板向第一平面立板扫描时，根据第二平面立板的长度预测打在第二平面立板上的雷达点有N(N为大于7的整数)个，基于最小二乘直线拟合法拟合第一个雷达点、第二个雷达点……第N-5个雷达点，获取筛选直线方程L3；以所述筛选直线为基础确定位于第二平面立板和第一平面立板之间的分界雷达点，位于所述分界雷达点之前的所有雷达点为属于第二平面立板的雷达点，分界雷达点和以后的所有雷达点为属于第一平面立板的雷达点。本专利技术一个较佳实施例中，进一步包括确定所述分界雷达点的过程为，计算并判断第N-4个雷达点到筛选直线的距离是否满足激光雷达的测距精度：若，第N-4个雷达点到筛选直线L3的距离满足激光雷达的测距精度，则第N-4个雷达点属于第二平面立板上的雷达点，继续判断第N-3个雷达点到筛选直线L3的距离是否满足激光雷达的测距精度；否则，第N-4个雷达点为分界雷达点；若，第N-3个雷达点到筛选直线L3的距离满足激光雷达的测距精度，则第N-3个雷达点属于第二平面立板上的雷达点，继续判断第N-2个雷达点到筛选直线L3的距离是否满足激光雷达的测距精度；否则，第N-3个雷达点为分界雷达点；以此类推，直至筛选出位于第二平面立板和第一平面立板之间的分界雷达点。本专利技术一个较佳实施例中，进一步包括步骤(2)中，基于PNP算法获取摄像机和棋盘标定板之间的相对位置关系[R2,T2]。本专利技术的有益效果：本专利技术的激光雷达-摄像机联合标定靶，在传感器和标定靶均不移动的情况下完成激光雷达和摄像机的联合标定，能够克服激光雷达角分辨率较低的实际使用局限性，距离突变的边缘部分能够得到准确的距离值，具有结构简单，制作成本低的特点，并适用于批量标定。本专利技术的激光雷法-摄像机联合标定方法，使用特定结构设计的联合标定靶以快速的对激光雷法和摄像机进行联合标定，可适用于批量标定，节约标定成本。其中，采用拟合方法标定激光雷达，准确性更高，更适合低分辨率激光雷达的联合标定。该联合标定方法还可以推广到单场景多摄像头与激光雷达的联合标定。附图说明图1是本专利技术优选实施例中联合标定靶的结构示意图；图2是“L”字形标定板上雷达点的分布示意图；图3是使用图1所示标定靶进行激光雷达摄像机联合标定时的位置标记图。图中标号说明：2-棋盘标定板，4-第一平面立板，6-第二平面立板，8-棋盘格图案。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施例一本实施例公开一种激光雷达-摄像机联合标定靶，参照图1所示，该联合标定靶包括棋盘标定板2和“L”字形标定板；上述“L”字形标定板包括第一平面立板4和第二平面立板6，上述第二平面立板6相对于第一平面立板4转角90°后固定在第一平面立板4上；上述棋盘标定板2平行于第一平面立板4，且位于第一平面立板4的视线前侧固定于第一平面立板4上，上述棋盘标定板2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达‑摄像机联合标定靶，其特征在于：包括棋盘标定板和“L”字形标定板；所述“L”字形标定板包括第一平面立板和第二平面立板，所述第二平面立板相对于第一平面立板转角90°后固定在第一平面立板上；所述棋盘标定板平行于第一平面立板，且位于第一平面立板的视线前侧固定于第一平面立板上，所述棋盘标定板上排布有黑白棋盘格图案。

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达-摄像机联合标定靶，其特征在于：包括棋盘标定板和“L”字形标定板；所述“L”字形标定板包括第一平面立板和第二平面立板，所述第二平面立板相对于第一平面立板转角90°后固定在第一平面立板上；所述棋盘标定板平行于第一平面立板，且位于第一平面立板的视线前侧固定于第一平面立板上，所述棋盘标定板上排布有黑白棋盘格图案。2.如权利要求1所述的激光雷达-摄像机联合标定靶，其特征在于：所述棋盘标定板在第一平面立板上位于第一平面立板和第二平面立板相接部位的下方。3.如权利要求2所述的激光雷达-摄像机联合标定靶，其特征在于：所述第一平面立板和第二平面立板相接部位的延长线为铅垂线，所述黑白棋盘格图案的其中一条黑白分隔线的延长线与所述第一平面立板和第二平面立板相接部位的延长线重叠。4.一种激光雷达-摄像机联合标定方法，使用权利要求1或2或3所述的联合标定靶对激光雷达和摄像机进行联合标定，其特征在于：包括以下步骤，(1)激光雷达扫描“L”字形标定板，获取激光雷达和“L”字形标定板之间的相对位置关系[R1,T1]；(2)摄像头拍摄棋盘标定板，获取摄像机和棋盘标定板之间的相对位置关系[R2,T2]；(3)根据联合标定靶的结构获取棋盘标定板和“L”字形标定板之间的相对位置关系[R3,T3]；(4)根据激光雷达和“L”字形标定板之间的相对位置关系[R1,T1]、摄像机和棋盘标定板之间的相对位置关系[R2,T2]和棋盘标定板和“L”字形标定板之间的相对位置关系[R3,T3]，确定激光雷达和摄像机之间的相对位置关系[R,T]。5.如权利要求4所述的激光雷达-摄像机联合标定方法，其特征在于：步骤(1)中，获取激光雷达和“L”字形标定板之间相对位置关系[R1,T1]的过程为：S1，激光雷达连续扫描第一平面立板和第二平面立板，获取打在第一平面立板和第二平面立板上的所有雷达点；S2，筛选出属于第一平面立板的雷达点和属于第二平面立板的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国举，刘慧林，
申请(专利权)人：苏州玖物互通智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32