一种激光雷达和相机的自动化联合标定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光雷达和相机的自动化联合标定装置及方法，方法包括控制可移动轨道运动使可旋转支架位于预设的一个点位上，控制可旋转支架变换旋转姿态使运动件改变朝向，并在运动件的每一朝向上获取图像帧数据和点云帧数据，直至获取到预设数量；基于所采集的图像帧数据进行相机内参标定；图基于图像帧数据计算得到标定板最外围的四个顶点的像素坐标；点云标定点提取得到标定板最外围的四个顶点的点云最终坐标；求解标定板最外围的四个顶点的像素坐标和点云最终坐标之间的变换关系，得到旋转矩阵与平移矩阵，完成激光雷达和相机的联合标定。本发明专利技术实现便捷快速、高精度的激光雷达和相机的联动标定。光雷达和相机的联动标定。光雷达和相机的联动标定。

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达和相机的自动化联合标定装置及方法


[0001]本申请属于设备联合标定
，具体涉及一种激光雷达和相机的自动化联合标定装置及方法。

技术介绍

[0002]在移动机器人、自动驾驶、辅助驾驶、环境感知等领域，单一传感器难以满足对复杂环境的感知需求，多传感器融合算法成为目前主流算法，融合多传感器采集信息以进行优势互补。提高多传感器融合算法精度的前提是解决传感器之间的时间同步与空间同步，其中空间同步即各传感器之间的联合标定。联合标定分为两部分：内参标定与外参标定。内参标定是传感器内部的映射关系，外参标定是各传感器之间的坐标转换关系。
[0003]为了实现对于不同类型的传感器标定，特别是相机和激光雷达的联合标定，传统方法是基于标定板(棋盘格、L形标定板、立体标定箱)，手动匹配激光点云3D特征点与相机2D特征点，进行外参矩阵求解。在标定过程中，需要人工移动标定板、手动选择特征点，操作繁琐、人工参与度高、耗时低效、精度难保障。为了提高灵活性，无标定板参与的标定方法得到广泛使用。基于观测数据，利用观测到的点云和图像数据之间的强度或边缘特征本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达和相机的自动化联合标定装置，用于实现激光雷达和相机的联合标定，所述激光雷达和相机安装在待标定设备上，其特征在于，所述激光雷达和相机的自动化联合标定装置包括：可移动轨道、可旋转支架、标定板和工控机，所述标定板为棋盘格标定板，所述待标定设备和标定板两者中一者为运动件、另一者为静止件，其中：所述运动件固定在所述可旋转支架上，所述静止件与所述运动件相对设置且与地面无相对运动；所述可旋转支架具有预设的多个旋转姿态，所述可旋转支架变换旋转姿态以带动所述运动件改变朝向，所述可旋转支架安装在所述可移动轨道上；所述可移动轨道具有预设的多条运动路径，所述可移动轨道基于不同运动路径运动以带动所述可旋转支架改变点位；所述工控机与激光雷达、相机、可移动轨道和可旋转支架电连接，用于下发标定指令完成激光雷达和相机的联合标定，所述工控机具体执行如下操作：S1、控制所述可移动轨道运动使所述可旋转支架位于预设的一个点位上，控制可旋转支架变换旋转姿态使所述运动件改变朝向，并在运动件的每一朝向上通过激光雷达和相机获取图像帧数据和点云帧数据，重复执行步骤S1直至获取预设数量的图像帧数据和点云帧数据；S2、基于所采集的图像帧数据进行相机内参标定；S3、图像标定点提取：基于图像帧数据计算得到标定板最外围的四个顶点的像素坐标；S4、点云标定点提取：S4.1、点云帧数据预处理；S4.2、利用RANSAC算法拟合点云帧数据中的最大平面作为标定板平面，提取标定板平面内的点云帧数据；S4.3、计算标定板平面内的点云帧数据的最小外接框，将最小外接框的四个顶点的坐标作为标定板最外围的四个顶点的点云估计坐标；S4.4、对所述点云估计坐标进行校正得到点云最终坐标；S5、求解标定板最外围的四个顶点的像素坐标和点云最终坐标之间的变换关系，得到旋转矩阵与平移矩阵，完成激光雷达和相机的联合标定。2.如权利要求1所述的激光雷达和相机的自动化联合标定装置，其特征在于，所述可移动轨道具有预设的两条运动路径，且两条运动路径形成十字型；所述可旋转支架具有预设的三个旋转姿态，且三个旋转姿态为正向、左转和右转，其中左转和右转的转动角度小于30
°
。3.如权利要求1所述的激光雷达和相机的自动化联合标定装置，其特征在于，所述基于图像帧数据计算得到标定板最外围的四个顶点的像素坐标，包括：基于图像帧数据利用生长算法提取角点位置信息，根据标定板定制参数及角点位置信息，计算标定板最外围的四个顶点的像素坐标，从标定板左上角起以顺时针顺序存储四个顶点的像素坐标。4.如权利要求1所述的激光雷达和相机的自动化联合标定装置，其特征在于，所述对所述点云估计坐标进行校正得到点云最终坐标，包括：S4.4.1、将标定板平面内的点云帧数据作为输入，通过PCA方法获取点云的三个主元方
向，记为y
pca
、z
pca
和x
pca
；S4.4.2、对获取的主元方向y
pca
和z
pca
进行微调使其接近标定板真实的长度方向和宽度方向；S4.4.3、以调整后的主元方向y
pca
作为标定板的长度方向，以调整后的主元方向z
pca
作为标定板的宽度方向，以主元方向x
pca
作为标定板的法线方向，计算调整后的最小外接框的四个顶点的坐标作为标定板最外围的四个顶点的点云最终坐标，从标定板左上角起以顺时针顺序存储四个顶点的点云最终坐标。5.如权利要求4所述的激光雷达和相机的自动化联合标定装置，其特征在于，所述对获取的主元方向y
pca
和z
pca
进行微调使其接近标定板真实的长度方向和宽度方向，包括：S4.4.2.1、取标定板最外围的四个顶点的点云估计坐标，记为V1、V2、V3和V4；S4.4.2.2、将三个主元方向y
pca
、z
pca
和x
pca
所形成的坐标轴的原点依次移动到四个顶点的点云估计坐标，获取坐标系C1、C2、C3和C4；S4.4.2.3、分别在四个坐标系C1、C2、C3和C4下执行下列操作：(1)主元方向y
pca
和z
pca
基于坐标系的原点绕主元方向x
pca
进行跨度为[
‑
30
°
，30
°
]的旋转，步幅为2
°
；(2)在主元方向y
pca
和z
pca
每次旋转后获取新的y
pca
和z
pca
记为和并计算出和组成的平面的平面方程，同时记录此时的旋转角度theta
i
，其中i为旋转次数，且i＝1，2，3...，30；(3)将标定板平面内的点云帧数据投影到平面上，然后计算出投影面在和方向上的长度作为标定板的长度和宽度同时计算长度和宽度所围成的矩形区域内的点云数量Num
i
；(4)对Num
i
进行排序，取Num
i
值最大时的i＝I对应的和S4.4.2.3、取分别在四个坐标系C1、C2、C3和C4下执行操作后得到的共四组数据和取四组数据中和最接近标定板真实的长度和宽度对应的和作为调整后的主元方向y
pca
和z
pca
。6.一种激光雷达和相机的自...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚方徽，乔宝华，程坤，詹兴样，王方瑞，董帅，
申请(专利权)人：中电海康集团有限公司，
类型：发明
国别省市：