【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算机视觉，更具体的说是涉及一种基于灭点法的相机与激光雷达间外参标定方法。
技术介绍
1、在传感器数据融合算法中，相机和激光雷达常被结合在一起。相机具有包含色彩、纹理及语义信息在内的丰富的环境信息；激光能够提供准确的三维测距信息，已被广泛应用于测绘与障碍检测行业。二者的数据融合不仅能获得稳定准确的导航定位结果，还具备强大的环境信息感知能力，适用于无人驾驶领域。目前，随着高分辨率激光雷达的出现，其接近甚至高于图像分辨率的数据使得两种传感器在数据级的融合算法成为可能，但这一目标的实现要求相机与雷达之间具有高精度的外参标定结果。
2、因此，如何提供一种适用范围广、稳定可靠且精度高的相机与激光雷达间外参标定方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种基于灭点法的相机与激光雷达间外参标定方法，能有效提高相机与激光雷达之间外参标定结果的精确度。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于灭点法的相机与激光雷达间外参标定方法，包括以下步骤：
4、s1、利用相机采集目标参照物的光学图像，并利用激光雷达采集所述目标参照物的激光点云数据；
5、s2、根据所述光学图像，求解所述相机的主点与焦距；
6、s3、根据求解出的所述相机的主点与焦距，对所述激光点云数据进行处理，获得激光雷达投影图像；
7、s4、利用所述光学图像与所述激光雷达投影图像的灭点
8、进一步的，所述步骤s4后还包括：
9、s5、通过迭代优化方法对所述相机的主点、焦距以及所述外参标定结果做进一步的优化，获得优化后的外参标定结果。
10、进一步的，所述步骤s2具体内容包括：
11、s21、从所述光学图像中提取特征直线，选取所需的特征直线并计算其对应灭点；
12、s22、利用计算出的正交灭点求解所述相机的主点与焦距。
13、进一步的，所述步骤s22中所述相机的主点与焦距求解方法为：
14、所述相机的主点表示为pi＝[m0 n0 1]t，其满足以下条件：
15、
16、式中，pi为相机主点，m0和m1为相机主点坐标参数；u和c为主线相关参数矩阵，c＝[-c1 -c2 … -cn]t，其中，aj、bj与cj为第j条主线的相关参数，第j条主线的数学表达式为ajm0+bjn0+cj＝0,j＝1,2,…,n；
17、具体的：
18、
19、
20、
21、式中，和为求解第j条主线时对应两组正交灭点的坐标值，其中，一组正交灭点为和另一组正交灭点为和
22、所述相机的焦距表示为f＝[fx fy]，其满足以下条件：
23、
24、式中，fx、fy为相机焦距参数。
25、进一步的，所述步骤s3具体包括：
26、s31、根据求解出的所述相机的主点与焦距，通过射影几何针孔模型对所述激光点云数据进行二维投影；
27、s32、对投影后的二维图像点使用三维场景下的二维渲染方法进行冗余点剔除，获得激光雷达投影图像。
28、进一步的，所述步骤s4包括：
29、s41、从所述激光雷达投影图像中提取特征直线，选取与所述光学图像对应的一组正交平行线并计算其正交灭点；
30、s42、根据计算出的正交灭点求解所述相机与所述激光雷达间的外参；
31、s43、按照步骤s41和s42，求解出多个外参，并对多个外参进行加权平均，获得消除误差后的所述外参标定结果。
32、进一步的，所述步骤s42包括：
33、所述相机与所述激光雷达间的旋转矩阵为：
34、
35、式中，c为相机坐标系、l为激光雷坐标系、w为世界坐标系；为所述相机坐标系到所述激光雷达坐标系的旋转矩阵；为所述世界坐标系到所述激光雷达坐标系的旋转矩阵；为所述相机坐标系到所述世界坐标系的旋转矩阵；
36、所述世界坐标系到所述相机坐标系的旋转矩阵为：
37、
38、式中，r1、r2和r3为的列向量，其满足以下条件：
39、
40、
41、r3＝r1×r2
42、式中，和为求解主线时对应的一组正交灭点，其中，kc为所述相机的内参，表达式为：
43、
44、所述相机与所述激光雷达间的位置向量为：
45、
46、式中，为所述相机坐标系到所述激光雷达坐标系的位置向量；为所述世界坐标系到所述激光雷达坐标系的位置向量；为所述相机坐标系到所述世界坐标系的位置向量；与可直接通过正余弦定理获得。
47、进一步的，所述步骤s5包括：
48、s51、根据所述外参标定结果对所述激光雷达投影图像进行更新，并利用更新后的激光雷达投影图像反向求解所述相机的主点与焦距，获得优化后的所述相机的主点与焦距；
49、s52、利用优化后的所述相机的主点与焦距再次对激光雷达投影图像进行更新，使用灭点法求解所述相机与所述激光雷达间外参；
50、s53、重复步骤s51和s52，最终获得优化后的外参标定结果。
51、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于灭点法的相机与激光雷达间外参标定方法，利用投影与渲染技术实现三维激光点云数据与二维光学图像的数据层联系，同时利用射影几何中灭点方式实现激光和相机之间的快速外参标定，既解决了相机和激光雷达间在无标定板场景的外参标定问题，也有效提高了相机和激光雷达间外参标定结果的速度和精确度。
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1.一种基于灭点法的相机与激光雷达间外参标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于灭点法的相机与激光雷达间外参标定方法，其特征在于，所述步骤S4后还包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于灭点法的相机与激光雷达间外参标定方法，其特征在于，所述步骤S2具体内容包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于灭点法的相机与激光雷达间外参标定方法，其特征在于，所述步骤S22中所述相机的主点与焦距求解方法为：
5.根据权利要求1所述的一种基于灭点法的相机与激光雷达间外参标定方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于灭点法的相机与激光雷达间外参标定方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于灭点法的相机与激光雷达间外参标定方法，其特征在于，所述步骤S42包括：
8.根据权利要求2所述的一种基于灭点法的相机与激光雷达间外参标定方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于灭点法的相机与激光雷达间外参标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于灭点法的相机与激光雷达间外参标定方法，其特征在于，所述步骤s4后还包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于灭点法的相机与激光雷达间外参标定方法，其特征在于，所述步骤s2具体内容包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于灭点法的相机与激光雷达间外参标定方法，其特征在于，所述步骤s22中所述相机的主点与焦距求解方法为：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵龙，赵毅琳，杨丰澧，孙逸，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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