一种深度相机与2D激光雷达标定方法及相关设备技术

本申请涉及图像标定技术领域，公开了一种深度相机与2D激光雷达标定方法及相关设备，深度相机与2D激光雷达标定方法包括：分别获取由深度相机和2D激光雷达采集的竖直墙面的第一点云数据和第二点云数据；根据第一点云数据计算第一平面方程；并计算竖直墙面绕Y1坐标轴旋转第一旋转角度后在相机坐标系下的第二平面方程；根据第二点云数据计算第一直线方程；根据第二平面方程，计算第二平面方程对应的第二平面在2D激光雷达的扫描平面上的投影直线的投影直线方程；根据投影直线方程和第一直线方程，计算扫描线相对投影直线绕雷达坐标系的Z轴旋转的第二旋转角度和相机坐标系相对雷达坐标系在X轴方向上的距离，完成标定，简单且易使用。使用。使用。

【技术实现步骤摘要】
一种深度相机与2D激光雷达标定方法及相关设备


[0001]本申请涉及图像标定
，具体而言，涉及一种深度相机与2D激光雷达标定方法及相关设备。

技术介绍

[0002]随着科技的发展与进步，一些激光雷达与深度相机的标定算法逐渐出现，现有的一种差速机器人的实物示意图如图4所示，该差速机器人上设置有2D激光雷达和深度相机,2D激光雷达和深度相机设置在差速机器人的正前方且均设置在差速机器人的同一个竖直对称面上（即2D激光雷达的雷达坐标系OXYZ原点与深度相机的相机坐标系O1X1Y1Z1原点在同一竖直对称面上），其中，2D激光雷达的扫描平面为雷达坐标系的XOY平面，该扫描平面平行于水平面，雷达坐标系的Y坐标轴垂直于所述竖直对称面，且深度相机的相机坐标系的Y1坐标轴平行于水平面，从而相机坐标系原点相对雷达坐标系在Y轴方向上的位置偏差近似为0，但由于该差速机器人在不同高度位置的径向尺寸不同，导致深度相机的相机坐标系原点相对雷达坐标系在X轴方向上具有比较明显的位置偏差。这种差速机器人一般在地面比较平坦的区域使用，在进行导航时，只需要使用XOY平面的二维坐标，因此一般会把在深度相机测得的三维坐标数据映射到XOY平面，以与雷达坐标系测得的二维坐标数据进行融合导航。
[0003]这种差速机器人在使用前，需要先对2D激光雷达和深度相机进行标定，以标定得到从相机坐标系的三维坐标数据转换为雷达坐标系的二维坐标数据所需的旋转参数和平移参数；但是现有技术一般由激光雷达与双目相机进行标定，通过多次记录激光雷达与双目相机对同一标定板不同角度的拍摄照片，并计算得到激光雷达与双目相机的转换关系，达到标定的目的，而这种标定方法的计算比较复杂，且一般是应用在3D激光雷达和双目相机，而这种方法应用在2D激光雷达时会有较大的误差。
[0004]针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种深度相机与2D激光雷达标定方法及相关设备，适用于差速机器人，可快速建立深度相机与2D激光雷达之间的转换关系，简单且易使用。
[0006]第一方面，本申请提供了一种深度相机与2D激光雷达标定方法，应用于差速机器人，所述差速机器人上设置有2D激光雷达和深度相机，所述2D激光雷达和所述深度相机设置在所述差速机器人的正前方，所述2D激光雷达的雷达坐标系原点和所述深度相机的相机坐标系原点均设置在所述差速机器人的同一个竖直对称面上，所述2D激光雷达的扫描平面为雷达坐标系的XOY平面且平行于水平面，所述雷达坐标系的Y坐标轴垂直于所述竖直对称面，且所述相机坐标系的Y1坐标轴平行于水平面，所述深度相机与2D激光雷达标定方法包括步骤：A1.获取由所述深度相机采集的竖直墙面在相机坐标系下的第一点云数据，以及
由所述2D激光雷达采集的所述竖直墙面在所述雷达坐标系下的第二点云数据；A2.根据所述第一点云数据计算所述竖直墙面在所述相机坐标系下的第一平面方程；A3.根据所述第一平面方程计算所述雷达坐标系的XOY平面相对所述相机坐标系的X1O1Y1平面绕Y1坐标轴旋转的第一旋转角度，并计算所述竖直墙面绕Y1坐标轴旋转所述第一旋转角度后在所述相机坐标系下的第二平面方程；A4.根据所述第二点云数据计算所述2D激光雷达在所述竖直墙面上的扫描线在所述雷达坐标系下的第一直线方程；A5.根据所述第二平面方程，计算第二平面方程对应的第二平面在所述2D激光雷达的扫描平面上的投影直线的投影直线方程；A6.根据所述投影直线方程和所述第一直线方程，计算所述扫描线相对所述投影直线绕所述雷达坐标系的Z轴旋转的第二旋转角度和所述相机坐标系相对所述雷达坐标系在X轴方向上的距离，完成标定。
[0007]本申请仅需将差速机器人放置于水平面上，使差速机器人的正前方面向竖直墙面，通过上述方法即可快速建立深度相机与2D激光雷达之间的转换关系，实现标定，简单且易使用。
[0008]优选地，步骤A2包括：A201.循环执行多次以下步骤：随机选取所述第一点云数据中的三个点来计算第三平面方程；计算所述第一点云数据中的各点到所述第三平面方程对应的第三平面的第一距离，并根据所述第一距离统计内点的数量，记为第一数量；所述内点是指所述第三平面内的点；A202.选取最大的所述第一数量对应的所述第三平面方程作为所述第一平面方程。
[0009]优选地，所述第一平面方程为：；式中，、、、为所述第一平面方程的系数，、、为所述相机坐标系下的坐标；步骤A3包括：根据以下公式计算所述第一旋转角度：；式中，为所述第一旋转角度。
[0010]优选地，根据以下公式计算所述第二平面方程：；式中，、、为所述第二平面方程的系数。
[0011]优选地，步骤A4包括：根据所述第二点云数据，采用最小二乘法计算所述2D激光雷达在所述竖直墙面上的扫描线在雷达坐标系下的第一直线方程。
[0012]本申请通过采用最小二乘法，可简单快捷计算2D激光雷达在竖直墙面上的扫描线在雷达坐标系下的第一直线方程，以提高标定效率。
[0013]优选地，所述投影直线方程为：。
[0014]优选地，步骤A6包括：根据所述投影直线方程和所述第一直线方程，计算所述扫描线相对所述投影直线绕Z轴旋转的第二旋转角度；根据所述投影直线方程和所述第二旋转角度，计算所述投影直线绕Z轴旋转第二旋转角度后的第三直线的第三直线方程；根据所述第三直线方程和所述第一直线方程，计算所述扫描线相对所述第三直线沿X轴方向的截距，作为所述相机坐标系相对所述雷达坐标系在X轴方向上的距离。
[0015]第二方面，本申请提供了一种深度相机与2D激光雷达标定的装置，应用于差速机器人，所述差速机器人上设置有2D激光雷达和深度相机，所述2D激光雷达和所述深度相机设置在所述差速机器人的正前方，所述2D激光雷达的雷达坐标系原点和所述深度相机的相机坐标系原点均设置在所述差速机器人的同一个竖直对称面上，所述2D激光雷达的扫描平面为雷达坐标系的XOY平面且平行于水平面，所述雷达坐标系的Y坐标轴垂直于所述竖直对称面，且所述相机坐标系的Y1坐标轴平行于水平面，包括：获取模块，用于获取由所述深度相机采集的竖直墙面在相机坐标系下的第一点云数据，以及由所述2D激光雷达采集的所述竖直墙面在所述雷达坐标系下的第二点云数据；第一计算模块，用于根据所述第一点云数据计算所述竖直墙面在所述相机坐标系下的第一平面方程；第二计算模块，用于根据所述第一平面方程计算所述雷达坐标系的XOY平面相对所述相机坐标系的X1O1Y1平面绕Y1坐标轴旋转的第一旋转角度，并计算所述竖直墙面绕Y1坐标轴旋转所述第一旋转角度后在所述相机坐标系下的第二平面方程；第三计算模块，用于根据所述第二点云数据计算所述2D激光雷达在所述竖直墙面上的扫描线在所述雷达坐标系下的第一直线方程；第四计算模块，用于根据所述第二平面方程，计算第二平面方程对应的第二平面在所述2D激光雷达的扫描平面上的投影直线的投影直线方程；第五计算模块，用于根据所述投影直线方程和所述第一直线方程，计算所述扫描线相对所述投影直线绕所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深度相机与2D激光雷达标定方法，应用于差速机器人，所述差速机器人上设置有2D激光雷达和深度相机，所述2D激光雷达和所述深度相机设置在所述差速机器人的正前方，所述2D激光雷达的雷达坐标系原点和所述深度相机的相机坐标系原点均设置在所述差速机器人的同一个竖直对称面上，所述2D激光雷达的扫描平面为雷达坐标系的XOY平面且平行于水平面，所述雷达坐标系的Y坐标轴垂直于所述竖直对称面，且所述相机坐标系的Y1坐标轴平行于水平面，其特征在于，所述深度相机与2D激光雷达标定方法包括步骤：A1.获取由所述深度相机采集的竖直墙面在相机坐标系下的第一点云数据，以及由所述2D激光雷达采集的所述竖直墙面在所述雷达坐标系下的第二点云数据；A2.根据所述第一点云数据计算所述竖直墙面在所述相机坐标系下的第一平面方程；A3.根据所述第一平面方程计算所述雷达坐标系的XOY平面相对所述相机坐标系的X1O1Y1平面绕Y1坐标轴旋转的第一旋转角度，并计算所述竖直墙面绕Y1坐标轴旋转所述第一旋转角度后在所述相机坐标系下的第二平面方程；A4.根据所述第二点云数据计算所述2D激光雷达在所述竖直墙面上的扫描线在所述雷达坐标系下的第一直线方程；A5.根据所述第二平面方程，计算第二平面方程对应的第二平面在所述2D激光雷达的扫描平面上的投影直线的投影直线方程；A6.根据所述投影直线方程和所述第一直线方程，计算所述扫描线相对所述投影直线绕所述雷达坐标系的Z轴旋转的第二旋转角度和所述相机坐标系相对所述雷达坐标系在X轴方向上的距离，完成标定。2.根据权利要求1所述的深度相机与2D激光雷达标定方法，其特征在于，步骤A2包括：A201.循环执行多次以下步骤：随机选取所述第一点云数据中的三个点来计算第三平面方程；计算所述第一点云数据中的各点到所述第三平面方程对应的第三平面的第一距离，并根据所述第一距离统计内点的数量，记为第一数量；所述内点是指所述第三平面内的点；A202.选取最大的所述第一数量对应的所述第三平面方程作为所述第一平面方程。3.根据权利要求1所述的深度相机与2D激光雷达标定方法，其特征在于，所述第一平面方程为：；式中，、、、为所述第一平面方程的系数，、、为所述相机坐标系下的坐标；步骤A3包括：根据以下公式计算所述第一旋转角度：；式中，为所述第一旋转角度。4.根据权利要求3所述的深度相机与2D激光雷达标定方法，其特征在于，根据以下公式计算所述第二平面方程：
；式中，、、为所述第二平面方程的系数。5.根据权利要求1所述的深度相机与2D激光雷达标定方法，其特征在于，步骤A4包括：根据所述第二点云数据，采用最小二乘法计算所述2D激光雷达在所述竖直墙面上的扫描线在雷达坐标系下的第一直线方程。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：许金鹏，王欢，温志庆，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：