一种激光雷达和摄像机位置标定的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种激光雷达和摄像机位置标定的装置和方法,涉及光学及算法定位技术领域；通过摄像机采集标定参照装置图像，利用图像算法获取标定点的图像坐标，其中标定参照装置包括至少两个正方形平板，所述正方形平板依次相互连接，且颜色均不相同并依次增大，通过图像算法至少分别识别两个正方形平板的四个顶点，将顶点作为标定点，标定顶点的图像坐标，通过激光雷达采集标定参照装置的点云，利用点云算法获取标定点的三维坐标，其中通过点云算法至少分别识别两个正方形平板的四个顶点，标定顶点的三维坐标，通过图像坐标和三维坐标对应标定点，利用PnP算法确定激光雷达和摄像机的位置关系。的位置关系。的位置关系。

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达和摄像机位置标定的装置和方法


[0001]本专利技术公开一种装置和方法,涉及光学及算法定位
，具体地说是一种激光雷达和摄像机位置标定的装置和方法。

技术介绍

[0002]激光雷达和摄像机是两种常用的环境感知传感器。激光雷达通过光源主动发射激光，通过感知器件接收在物体表面反射回来的激光，从而计算出目标的距离，可以得到空间中点的三维坐标，也就是点云。摄像机是被动式感知的方式，通过感光芯片把物体表面反射回来的光，转换为电信号，可以得到每个像素的颜色信息，也就是二维图像。从图像中通过图像识别的算法可以识别出目标类别，但是深度信息已经丢失了，点云中有深度信息，但是不便于识别目标。为了增加环境感知的能力，自动驾驶或者机器人等智能设备会同时安装激光雷达和摄像机进行信息的融合，先通过图像识别出目标，比如行人或者车辆，然后在点云中找到对应目标的距离信息，为了找到点云中空间点和图像中像素点的对应关系，需要知道标定出激光雷达坐标系和摄像机坐标系的相对位置关系。另外实现实场景三维重建时，需要进行激光雷达和摄像机融合应用，通过激光雷达采集的点云，在图像中找到对应的像素点获得颜色，给点云着色，形成彩色点云，也需要事先标定出激光雷达和摄像机的位置关系。
[0003]而现有的激光雷达和摄像机的标定方法，使激光雷达和摄像机同时对同一个方形平板作为标定物，采集点云和图像，通过人眼观察，找到点云和图像中对应的点作为一对标定点，然后在点云和图像文件中手动点击获取三维坐标和图像坐标，当标定点对足够多时可以解出激光雷达和摄像机的位置关系。但是这种人眼观察对应点，手动获取坐标的方法，存在很大的人为主观误差，而且有些激光雷达采集的点云比较稀疏，手动点击获取的并不是标定点的三维坐标，很可能是空间邻域最近点的坐标。并且激光雷达与摄像机的距离，和标定板的尺寸不一定在一个数量级上，容易导致标定误差很大；标定板上的标定点对，都在一个平面上，不能同时获取多个深度上的标定点，计算的结果很可能只是满足特定距离的最优解。这些问题都容易导致标定误差很大，给后续的激光雷达和摄像机的融合带来问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术的问题，提供一种激光雷达和摄像机位置标定的装置和方法，可以使用算法自动找到点云和图像的对应点，准确度高；标定装置是立体的而不是平面，可以获取不同深度上的标定点对，标定结果更加准确；标定装置尺寸可以调整，可以标定不同距离的激光雷达和摄像机；具有很强的实用价值。
[0005]本专利技术提出的具体方案是：
[0006]一种激光雷达和摄像机位置标定的方法，通过摄像机采集标定参照装置图像，利用图像算法获取标定点的图像坐标，其中标定参照装置包括至少两个正方形平板，所述正方形平板依次相互连接，且颜色均不相同并依次增大，通过图像算法至少分别识别两个正
方形平板的四个顶点，将顶点作为标定点，标定顶点的图像坐标，
[0007]通过激光雷达采集标定参照装置的点云，利用点云算法获取标定点的三维坐标，其中通过点云算法至少分别识别两个正方形平板的四个顶点，标定顶点的三维坐标，
[0008]通过图像坐标和三维坐标对应标定点，利用PnP算法确定激光雷达和摄像机的位置关系。
[0009]进一步，所述的一种激光雷达和摄像机位置标定的方法中估算激光雷达和摄像机的距离，调整激光雷达和摄像机的距离到标定参照装置为同一数量级，保持标定参照装置位置不动，通过摄像机采集标定参照装置的图像，通过激光雷达采集标定参照装置的点云。
[0010]进一步，所述的一种激光雷达和摄像机位置标定的方法中对于标定参照装置的图像，利用霍夫变换方法提取分别每个平板的4条直线，利用直线求交点获得4个顶点的图像坐标。
[0011]进一步，所述的一种激光雷达和摄像机位置标定的方法中对于标定参照装置的点云，利用RANSAC方法，从激光雷达采集的点云中，分割出正方形平板的平面，拟合成正方形平板的正方形，得到四个顶点的三维坐标。
[0012]进一步，所述的一种激光雷达和摄像机位置标定的方法中根据摄像机的内参数矩阵，通过PnP算法获取激光雷达和摄像机的相对位置关系参数，根据相对位置关系参数将标定参照装置点云的空间点重投影到标定参照装置图像，并与图像坐标进行对比，确定激光雷达和摄像机的位置关系。
[0013]进一步，所述的一种激光雷达和摄像机位置标定的方法中使用张正友标定法，对摄像机进行标定，得到内参数矩阵。
[0014]一种激光雷达和摄像机位置标定的系统，包括图像标定模块、点云标定模块及计算模块，
[0015]图像标定模块通过摄像机采集的标定参照装置图像，利用图像算法获取标定点的图像坐标，其中标定参照装置包括至少两个正方形平板，所述正方形平板依次相互连接，且颜色均不相同并依次增大，图像标定模块通过图像算法至少分别识别两个正方形平板的四个顶点，将顶点作为标定点，标定顶点的图像坐标，
[0016]点云标定模块通过激光雷达采集的标定参照装置的点云，利用点云算法获取标定点的三维坐标，其中点云标定模块通过点云算法至少分别识别两个正方形平板的四个顶点，标定顶点的三维坐标，
[0017]计算模块通过图像坐标和三维坐标对应标定点，利用PnP算法确定激光雷达和摄像机的位置关系。
[0018]一种激光雷达和摄像机位置标定的装置，包括至少一个存储器和至少一个处理器；
[0019]所述至少一个存储器，用于存储机器可读程序；
[0020]所述至少一个处理器，用于调用所述机器可读程序，执行所述的一种激光雷达和摄像机位置标定的方法。
[0021]本专利技术的有益之处是：
[0022]本专利技术提供一种激光雷达和摄像机位置标定的方法，用来计算激光雷达和摄像机的相对位置，根据标定参照装置，从摄像机采集的图像中，容易识别每个平板的四个顶点，
从激光雷达采集的点云中，容易识别每个平板的四个顶点，利用至少8个标定点对，可以通过PnP算法解出激光雷达和摄像机的位置关系。本专利技术实施过程简单，使用的标定装置制作简单，成本低廉，可以自动找到点云和图像的对应点，准确度高；并且标定参照装置无需限定尺寸，可以获取不同深度广度上的标定点对，标定结果更加准确。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1是本专利技术方法应用场景示意图。
[0025]图2是标定装置示意图。
[0026]图3是两个正方形平板的顶点标定示意图。
[0027]附图标记：
[0028]平板1，平板2，平板3，连接杆4，
具体实施方式
[0029]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，但所举实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达和摄像机位置标定的方法，其特征是通过摄像机采集标定参照装置图像，利用图像算法获取标定点的图像坐标，其中标定参照装置包括至少两个正方形平板，所述正方形平板依次相互连接，且颜色均不相同并依次增大，通过图像算法至少分别识别两个正方形平板的四个顶点，将顶点作为标定点，标定顶点的图像坐标，通过激光雷达采集标定参照装置的点云，利用点云算法获取标定点的三维坐标，其中通过点云算法至少分别识别两个正方形平板的四个顶点，标定顶点的三维坐标，通过图像坐标和三维坐标对应标定点，利用PnP算法确定激光雷达和摄像机的位置关系。2.根据权利要求1所述的一种激光雷达和摄像机位置标定的方法，其特征是估算激光雷达和摄像机的距离，调整激光雷达和摄像机的距离到标定参照装置为同一数量级，保持标定参照装置位置不动，通过摄像机采集标定参照装置的图像，通过激光雷达采集标定参照装置的点云。3.根据权利要求1或2所述的一种激光雷达和摄像机位置标定的方法，其特征是对于标定参照装置的图像，利用霍夫变换方法提取分别每个平板的4条直线，利用直线求交点获得4个顶点的图像坐标。4.根据权利要求1或3所述的一种激光雷达和摄像机位置标定的方法，其特征是对于标定参照装置的点云，利用RANSAC方法，从激光雷达采集的点云中，分割出正方形平板的平面，拟合成正方形平板的正方形，得到四个顶点的三维坐标。5.根据权利要求1或4所述的一种激光雷达和摄像机位置标定的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：高发钦，
申请(专利权)人：山东新一代信息产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：