多激光雷达外参自标定方法、系统、终端设备及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种多激光雷达外参自标定方法、系统、终端设备及存储介质，方法包括：获取第一点云数据和第二点云数据，其中，第一点云数据由第一激光雷达采集，第二点云数据由第二激光雷达采集；以第一激光雷达和第二激光雷达的中心分别建立坐标系；确定参考坐标系；计算第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的偏航角；计算第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的俯仰角和横滚角；根据所述偏航角、俯仰角和横滚角，以及背包多激光雷达系统的出厂安装设置，计算第二激光雷达坐标系到第一激光雷达坐标系的平移参数。本发明专利技术解决了现有技术进行多激光雷达标定时，标定过程复杂，依赖外部标定物而导致标定成本高等问题。致标定成本高等问题。致标定成本高等问题。

【技术实现步骤摘要】
多激光雷达外参自标定方法、系统、终端设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及一种多激光雷达外参自标定方法、系统、终端设备及存储介质，属于激光雷达


技术介绍

[0002]背包激光雷达易于携带且作业方便，近年来成为移动激光测量的主要工具。激光雷达通过发射激光点，感知周围环境信息，采集其三维信息，具有探测范围大、抗干扰性强的特点。现有的背包激光雷达多搭载单个或多个激光雷达，目的在于利用不同的视场角，采集周围环境丰富的点云信息。因此，在背包激光雷达使用前，需要对不同激光雷达的相对位置进行标定，即计算激光雷达之间的旋转和平移参数，将多个激光雷达采集的点云统一到相同的坐标系下。其标定精度会对多激光雷达的点云数据融合具有重要影响。
[0003]关于激光雷达的外参标定主要有人工标定和反射板标定。人工标定指采用手动测量或仪器测量的方式，测得激光雷达之间坐标系的转换关系，但是该方法需要精密的测量仪器，且每次展开背包激光雷达时都需重新测量，耗费人力成本和时间成本，不具备推广性。而反射板标定需要特定的标定环境，激光雷达之间通过对反射板控制点的匹配实现互相标定，但是由于激光雷达视场角的不同，其控制点的匹配较为困难，另外，该方法标定过程依赖外部标定物，其标定成本高、效率低。因此，设计一种高效的背包多激光雷达外参标定方法具有重要意义。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种多激光雷达外参自标定方法、系统、终端设备及存储介质，其旨在解决现有技术进行多激光雷达标定时，标定过程复杂，依赖外部标定物而导致标定成本高等问题；本专利技术摆脱了环境限制，针对该背包旋转激光雷达实现了高精度、高效率的自动化标定。
[0005]本专利技术的第一个目的在于提供一种多激光雷达外参自标定方法。
[0006]本专利技术的第二个目的在于提供一种多激光雷达外参自标定系统。
[0007]本专利技术的第三个目的在于提供一种终端设备。
[0008]本专利技术的第四个目的在于提供一种存储介质。
[0009]本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0010]一种多激光雷达外参自标定方法，应用于背包多激光雷达系统，所述雷达系统包括第一激光雷达和第二激光雷达，第一激光雷达固定水平放置，第二激光雷达通过旋转螺栓与第一激光雷达发生旋转，旋转角度可调节，所述方法包括：
[0011]获取第一点云数据和第二点云数据，其中，所述第一点云数据由第一激光雷达采集，所述第二点云数据由第二激光雷达采集；
[0012]以第一激光雷达和第二激光雷达的中心分别建立坐标系；
[0013]确定参考坐标系，其中，原点为第一激光雷达中心，X轴垂直于第一激光雷达中心
和第二激光雷达中心的连线，Z轴垂直于地面；
[0014]根据第一点云数据和第二点云数据，计算第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的偏航角；
[0015]基于第一点云数据和第二点云数据，根据所述偏航角，计算第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的俯仰角和横滚角；
[0016]根据所述偏航角、俯仰角和横滚角，以及背包多激光雷达系统的出厂安装设置，计算第二激光雷达坐标系到第一激光雷达坐标系的平移参数。
[0017]进一步的，所述根据第一点云数据和第二点云数据，计算第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的偏航角，包括：
[0018]根据对应的点云数据，分割对应的墙壁点云，并计算墙面点云的纵向均值；
[0019]基于所述纵向均值，根据角度补偿的方式，计算第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的偏航角。
[0020]进一步的，所述基于所述纵向均值，根据角度补偿的方式，计算第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的偏航角，包括：
[0021]设置仅含有偏航角的旋转矩阵，如下式：
[0022][0023][0024]其中，yaw1表示第一激光雷达坐标系到参考坐标系的偏航角，yaw2表示第二激光雷达坐标系到参考坐标系的偏航角，R
yaw1
表示仅含有偏航角yaw1的旋转矩阵，R
yaw2
表示仅含有偏航角yaw2的旋转矩阵；
[0025]基于所述旋转矩阵，通过角度补偿的方式，统计对应的墙面点云每个点与对应的纵向均值之间的第一方差，进而构建第一优化函数，其中所述第一优化函数，如下式：
[0026][0027][0028]其中，表示基于R
yaw1
构建的第一优化函数，表示基于R
yaw
2构建的第二优化函数，表示第一激光雷达的墙面点云的纵向均值，表示第二激光雷达的墙面点云的纵向均值，X
i
表示第一激光雷达的墙面点云任一点，X
j
表示第二激光雷达的墙面点云任一点，w1表示第一激光雷达的墙面点云数，w2表示第二激光雷达的墙面点云数；
[0029]基于所述第一优化函数，根据非线性最小二乘的优化方法，得到第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的偏航角。
[0030]进一步的，所述基于第一点云数据和第二点云数据，根据所述偏航角，计算第一激
光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的俯仰角和横滚角，包括：
[0031]基于第一点云数据和第二点云数据，根据所述偏航角，提取第一激光雷达的地面点云和第二激光雷达的地面点云，并计算高度均值；
[0032]基于所述高度均值，根据角度补偿的方式，计算第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的俯仰角和横滚角。
[0033]进一步的，所述基于第一点云数据和第二点云数据，根据所述偏航角，提取第一激光雷达的地面点云和第二激光雷达的地面点云，包括：
[0034]根据对应的偏航角角度，将对应的点云数据围绕Z轴旋转，得到旋转后的第一点云数据和第二点云数据，其中，所述Z轴属于参考坐标系；
[0035]对旋转后的第一点云数据拟合多个平面并提取分割，比较拟合平面的法向量与Z轴的夹角大小，将满足夹角阈值的法向量所在平面作为第一激光雷达的地面点云；
[0036]对旋转后的第二点云数据拟合多个平面并提取分割，比较拟合平面的法向量与Z轴的夹角大小，以及计算拟合平面的Z坐标均值，将满足夹角阈值的法向量所在平面且Z坐标均值更小的平面作为第二激光雷达的地面点云。
[0037]进一步的，所述基于所述高度均值，根据角度补偿的方式，计算第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的俯仰角和横滚角，包括：
[0038]设置仅含有俯仰角的旋转矩阵和横滚角的旋转矩阵，如下式：
[0039][0040][0041][0042][0043]其中，roll1、pitch1分别为第一激光雷达坐标系到参考坐标系的横滚角、俯仰角，roll2、pitch2分别为第二激光雷达坐标系到参考坐标系的横滚角、俯仰角，R
roll1
表示仅含有横滚角roll本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多激光雷达外参自标定方法，应用于背包多激光雷达系统，所述雷达系统包括第一激光雷达和第二激光雷达，其特征在于，第一激光雷达固定水平放置，第二激光雷达通过旋转螺栓与第一激光雷达发生旋转，旋转角度可调节，所述方法包括：获取第一点云数据和第二点云数据，其中，所述第一点云数据由第一激光雷达采集，所述第二点云数据由第二激光雷达采集；以第一激光雷达和第二激光雷达的中心分别建立坐标系；确定参考坐标系，其中，原点为第一激光雷达中心，X轴垂直于第一激光雷达中心和第二激光雷达中心的连线，Z轴垂直于地面；根据第一点云数据和第二点云数据，计算第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的偏航角；基于第一点云数据和第二点云数据，根据所述偏航角，计算第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的俯仰角和横滚角；根据所述偏航角、俯仰角和横滚角，以及背包多激光雷达系统的出厂安装设置，计算第二激光雷达坐标系到第一激光雷达坐标系的平移参数。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据第一点云数据和第二点云数据，计算第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的偏航角，包括：根据对应的点云数据，分割对应的墙壁点云，并计算墙面点云的纵向均值；基于所述纵向均值，根据角度补偿的方式，计算第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的偏航角。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述基于所述纵向均值，根据角度补偿的方式，计算第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的偏航角，包括：设置仅含有偏航角的旋转矩阵，如下式：设置仅含有偏航角的旋转矩阵，如下式：其中，yaw1表示第一激光雷达坐标系到参考坐标系的偏航角，yaw2表示第二激光雷达坐标系到参考坐标系的偏航角，R
yaw1
表示仅含有偏航角yaw1的旋转矩阵，R
yaw2
表示仅含有偏航角yaw2的旋转矩阵；基于所述旋转矩阵，通过角度补偿的方式，统计对应的墙面点云每个点与对应的纵向均值之间的第一方差，进而构建第一优化函数，其中所述第一优化函数，如下式：均值之间的第一方差，进而构建第一优化函数，其中所述第一优化函数，如下式：其中，表示基于R
yaw1
构建的第一优化函数，表示基于R
yaw2
构建的第
二优化函数，表示第一激光雷达的墙面点云的纵向均值，表示第二激光雷达的墙面点云的纵向均值，X
i
表示第一激光雷达的墙面点云任一点，X
j
表示第二激光雷达的墙面点云任一点，w1表示第一激光雷达的墙面点云数，w2表示第二激光雷达的墙面点云数；基于所述第一优化函数，根据非线性最小二乘的优化方法，得到第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的偏航角。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述基于第一点云数据和第二点云数据，根据所述偏航角，计算第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的俯仰角和横滚角，包括：基于第一点云数据和第二点云数据，根据所述偏航角，提取第一激光雷达的地面点云和第二激光雷达的地面点云，并计算高度均值；基于所述高度均值，根据角度补偿的方式，计算第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的俯仰角和横滚角。5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述基于第一点云数据和第二点云数据，根据所述偏航角，提取第一激光雷达的地面点云和第二激光雷达的地面点云，包括：根据对应的偏航角角度，将对应的点云数据围绕Z轴旋转，得到旋转后的第一点云数据和第二点云数据，其中，所述Z轴属于参考坐标系；对旋转后的第一点云数据拟合多个平面并提取分割，比较拟合平面的法向量与Z轴的夹角大小，将满足夹角阈值的法向量所在平面作为第一激光雷达的地面点云；对旋转后的第二点云数据拟合多个平面并提取分割，比较拟合平面的法向量与Z轴的夹角大小，以及计算拟合平面的Z坐标均值，将满足夹角阈值的法向量所在平面且Z坐标均值更小的平面作为第二激光雷达的地面点云。6.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述基于所述高度均值，根据角度补偿的方式，计算第一激光雷达坐标系和第二激光雷达坐标系到参考坐标系的俯仰角和横滚角，包括：设置仅含有俯仰角的旋转矩阵和横滚角的旋转矩阵，如下式：设置仅含有俯仰角的旋转矩阵和横滚角的旋转矩阵，如下式：设置仅含有俯仰角的旋转矩阵和横滚角的旋转矩阵，如下式：设置仅含有俯仰角的旋转矩阵和横滚角的旋转矩阵，如下式：其中，roll1、pitch1分别为第一激光雷达坐标系到参考坐标系的横滚角、俯仰角，roll2、pitch2分别为第二激光雷达坐标系到参考坐标系的横滚角、俯仰角，R
roll1
表示仅含有横滚角roll1的旋转矩阵，R
roll2
表示仅含有横滚角...

【专利技术属性】
技术研发人员：张吴明，潘董，张书航，李爱光，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：