一种用于单线激光雷达和相机的联合标定方法技术

本发明专利技术公开了一种用于单线激光雷达和相机的联合标定方法，属于多传感器标定技术领域。标定方法包括以下步骤：调整标定板的位置和高度，将一带有镂空区和非镂空区的标定板置于相机和激光雷达的视野中；(2)激光雷达扫描标定板，使用相机拍照，激光雷达扫描得到一系列若干点云信息，将扫描线与标定板的非镂空和镂空区的边界线的交点处的点云作为特征点，从若干点云中筛选靠近特征点处的点云，通过LM算法对其优化处理后，进行直线拟合；(3)通过直线拟合方程和边界线的方程，计算在标定板坐标系下的坐标；(4)在相机图像中找到激光雷达特征点对应的像素点的坐标；(5)参数拟合求解激光雷达与相机之间的位姿矩阵。雷达与相机之间的位姿矩阵。雷达与相机之间的位姿矩阵。

【技术实现步骤摘要】
一种用于单线激光雷达和相机的联合标定方法


[0001]本专利技术涉及多传感器标定
，具体的说，涉及一种用于单线激光雷达和相机的的联合标定方法。

技术介绍

[0002]人工智能与汽车工业有机结合的新技术开始引起人们的关注与重视。汽车安装相机传感器并结合汽车的整体可以完成对周围环境数据的收集，分析和决策。但在恶劣的环境条件下，与相机传感器相比，雷达传感器对环境条件更加鲁棒。因此，激光雷达与相机的联合应用更加广泛。获取激光雷达坐标系和相机坐标系之间的关系是二者进行数据融合的前提。
[0003]传感器联合标定的方法有许多，特征点法是最常用且较为简便的标定方法。标定误差主要存在于标定板的设计，特征点与对应像素点的确定以及标定方法。激光雷达与相机联合标定的标定板目前还没有统一的标准，其设计取决于标定方法的选择。对于相机的标定可以实用圆形标定板，利用检测到的圆心点进行标定和畸变矫正。二维激光雷达扫描线不可见，无法在相机采集的图像中准确获得对应特征点的位置及坐标。因此，本专利技术设计了一种带有镂空区和非镂空区的标定板，解决了二维激光雷达与相机之间的标定。

技术实现思路

[0004]为了解决以上技术问题，本专利技术的目的在于提供一种新的单线激光雷达和相机的标靶设计和联合标定方法。本专利技术通过二维激光雷达扫描标定板可以反馈点云线段的距离信息，从而可以求得点云的坐标，扫描线与标定板的镂空区和非镂空区的边界的交点为特征点，对靠近特征点的点云通过LM算法进行优化，然后进行直线拟合，提取特征点建立约束方程，筛选符合要求的特征点，最后采用参数拟合的方法计算相机和激光雷达之间位姿关系的转换矩阵。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种用于单线激光雷达和相机的标靶设计和联合标定方法，包括以下步骤：
[0007](1)调整标定板的位置和高度，将一带有镂空区和非镂空区的标定板置于相机和激光雷达的视野中；
[0008](2)激光雷达扫描标定板，使用相机拍照，激光雷达扫描得到一系列若干点云信息，将扫描线与标定板的非镂空和镂空区的边界线的交点处的点云作为特征点，从若干点云中筛选靠近特征点处的点云，通过LM算法对其优化处理后，进行直线拟合；
[0009](3)通过直线拟合方程和边界线的方程，计算在标定板坐标系下的坐标；
[0010](4)在相机图像中找到激光雷达特征点对应的像素点的坐标；
[0011](5)参数拟合求解激光雷达与相机之间的位姿矩阵。
[0012]进一步的技术方案，所述的标定板包括长方形基板，设于基板上的、正方形状的第一镂空区，设于基板上的、等腰直角三角形状的第二镂空区和第三镂空区，第一镂空区的右
侧的边长作为第二镂空区的腰，第三镂空区与第二镂空区呈轴对称，第三镂空区与第二镂空区的底角相接。
[0013]进一步的技术方案，所述的直线拟合的方程，如公式(1)所示：
[0014][0015]式中，xi,yi是点云的坐标。
[0016]进一步的技术方案，所述的步骤(3)中，计算特征点在标定板坐标系下的坐标的具体方法为：设扫描线与标定板非镂空和镂空区域边界线的交点A、B、C、 D为特征点，激光雷达安装的位置与标定板底部的距离为高度h，调整其安装位置找到落在标定板的左侧的初始点云其中以标定板的左下角为坐标原点，水平方向为x轴建立坐标系，激光雷达固定位置到标定板的直线距离L：
[0017][0018]式中，β为雷达俯仰角；
[0019]则在标定板坐标系下各特征点的坐标为：
[0020][0021]式中，h为点云E的纵坐标长度，为激光雷达信号发射点到特征点的角度；α为雷达侧倾角；ρ
i
为激光雷达发射激光信号到扫描点的距离。
[0022]进一步的技术方案，所述的步骤(4)的具体方法为：
[0023]找到相机图像中激光雷达特征点对应的像素点，设特征点对应的像素点的坐标为A
′
(u
A
,v
A
)，B
′
(u
B
,v
B
)，C
′
(u
C
,v
C
)，D
′
(u
D
,v
D
)，则得到4组激光雷达数据和图像数据对应的坐标点对，则激光雷达数据点与摄相机图像像素点对应坐标系序列如下：
[0024]{(x
A
,y
A
,u
A
,v
A
),(x
B
,y
B
,u
B
,v
B
),(x
C
,y
C
,u
C
,v
C
),(x
D
,y
D
,u
D
,v
D
)}
[0025]进一步的技术方案，所述的步骤(5)包括：
[0026]在激光雷达与相机的共同视野范围内，激光雷达每个数据点(x
l
,y
l
)在相机的图像中都存在且唯一的对应像素点(u,v)；则激光雷达和相机之间的位置关系为：：
[0027][0028]假设有n组特征点满足上述方程，根据公式(4)可得：
[0029][0030]式中，A9×1＝(a
11
,a
12
,a
13
,a
21
,a
22
,a
23
,a
31
,a
32
,a
33
)
T
，输入特征点的激光雷达数据和图像数据对应的坐标点对，即可计算A9×1，即得到激光雷达与相机之间的位姿矩阵。
[0031]有益效果
[0032]1、本专利技术通过在标定板的设计成镂空区和非镂空区。镂空区选择特殊的几何图形，使得计算简单方便，同时在边界线上选择特征点，有利于对特征点进行标记，降低激光雷达扫描频率对点云分布的影响，保证相机图像中提取的像素点坐标更接近真实值。而切割镂空区的正方形、等腰直角三角形可以用于激光雷达侧倾角、俯仰角的测量；正方形部分可以完成相机的标定。标定板的尺寸可以根据设计要求调整，确保精确度。
[0033]3、本专利技术的标定方法采用特征点法，通过数学推导获得特征点的精确坐标，然后再提取对应图像像素点，保证特征点对的准确性。
[0034]4、本专利技术在直线拟合时，考虑到如果数据中存在离散点云，会导致在拟合的过程中存在较大的误差。故本专利技术先采用LM最小二乘法对点云处理后再对其直线拟合，减小误差的同时使拟合直线更接近于真实激光雷达的扫描线，保证了标定结果的准确性。
附图说明
[0035]图1为本专利技术的用于单线激光雷达和相机的标靶设计和联合标定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于单线激光雷达和相机的联合标定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)调整标定板的位置和高度，将一带有镂空区和非镂空区的标定板置于相机和激光雷达的视野中；(2)激光雷达扫描标定板，使用相机拍照，激光雷达扫描得到一系列若干点云信息，将扫描线与标定板的非镂空和镂空区的边界线的交点处的点云作为特征点，从若干点云中筛选靠近特征点处的点云，通过LM算法对其优化处理后，进行直线拟合；(3)通过直线拟合方程和边界线的方程，计算在标定板坐标系下的坐标；(4) 在相机图像中找到激光雷达特征点对应的像素点的坐标；(5)参数拟合求解激光雷达与相机之间的位姿矩阵。2.根据权利要求1所述的单线激光雷达和相机的联合标定方法，其特征在于，所述的标定板包括长方形基板，设于基板上的、正方形状的第一镂空区，设于基板上的、等腰直角三角形状的第二镂空区和第三镂空区，第一镂空区的右侧的边长作为第二镂空区的腰，第三镂空区与第二镂空区呈轴对称，第三镂空区与第二镂空区的底角相接。3.根据权利要求2所述的单线激光雷达和相机的联合标定方法，其特征在于，所述的标定板还包括与第一镂空区配合的标靶板，标靶板上设有若干行等间距排列的圆形靶点。4.根据权利要求1所述的单线激光雷达和相机的联合标定方法，其特征在于， 所述的直线拟合的方程，如公式（1）所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，x...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱志峰，代天赐，姚勇，常雁龙，周芳，唐得志，杨冰倩，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：