【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于ros平台的单目相机与激光雷达联合标定方法。
技术介绍
1、无人驾驶、slam系统中对周围环境进行实时的感知，能够获取到信息准确且丰富的三维场景地图，在采集信息时，单一的传感器由于自身的局限性，已经不能胜任在复杂环境中精准环境感知的任务。针对此问题，多传感器融合的方案得到了广泛的认可，多传感器融合可以充分利用各种传感器的优势，以提高定位与地图重建算法在复杂场景中的鲁棒性。
2、相机作为观察客观世界的重要途经之一，能够采集视野范围内物体的颜色、纹理、亮度等信息。激光雷达测距具有较高的精度，能够采集到360度全视野内物体在三维空间中的形状、位置等尺度信息。传感器信息融合能够将三维点云的信息与二维图像的信息结合起来，得到更加丰富的环境信息。但二维图像与三维点云是由不同空间位置为起点描述的三维空间信息的结果，而且不同的数据类型是无法直接进行配准的，因此需要通过相机与激光雷达的标定方法将两类数据进行转化和对齐，从而达到精确的融合效果。
3、申请号为cn201910575101.4的中国专利公开了一种基于ros的激光雷达、摄像头的融合标定系统和方法，该方法采用多个标定目标，通过提取标定板中的特征点，手动提取特征点求解雷达-世界-相机三者变换矩阵，能够达到标定的目的。
4、但是上述公开的方案有四个局限性：第一，该方法采用多个标定目标，增加了标定过程的复杂性；第二，该方法所提取的标定特征单一，仅凭单一的约束得到的结果容易出现误差；第三，最终标定外参的解算需要人工的干预寻找两类数据类型下的
5、基于上面的技术背景，可知当前未有稳定可靠的基于ros平台的单目相机与多线激光雷达外参标定方法，但有类似的标定方法，但这些方法存在标定装置以及过程复杂、人工干扰较多，自动化程度较低等问题。因此专利技术一种高精度、自动程度高、标定过程简明的单目相机与激光雷达联合标定系统很有必要。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种基于ros平台的单目相机与激光雷达联合标定方法，旨在提供一种步骤简明、操作简单、精度高的外参标定解决方案。
2、本专利技术解决所述技术问题所采用的技术方案是：
3、第一方面，本专利技术提供一种基于ros平台的单目相机与激光雷达联合标定方法，包括：
4、一块用于标定的标定板，在标定板四角附近以及中心粘贴五个正方形aruco标记，并按照顺序标号aruco标记的四个角点以及标定板的四个角点；中心和四角上的aruco标记属于不同的字典；
5、单目相机图像几何特征提取模块，通过还原出的单目相机图像，识别标定板中心的aruco标记，得到中心aruco标记相对于待校准相机的位姿，取中心aruco标记的位姿为初值，利用初值得到标定板相对于待校准相机的估计变换矩阵，获取相机坐标系与世界坐标系的转换关系，提取单目相机图像中标定板的角点与单位法向量，并发布相机坐标系下的标定板角点以及单位法向量；
6、激光雷达点云几何特征提取模块，用于拟合点云平面提取三维点云中标定板的角点与单位法向量，并发布激光雷达坐标系下的标定板角点以及单位法向量；
7、匹配校准模块，订阅单目相机图像几何特征提取模块和激光雷达点云几何特征提取模块所发布的两种坐标系下的标定板角点以及单位法向量，匹配求解相机坐标系和激光雷达坐标系的变换关系；
8、将单目相机和激光雷达固定在拍摄平台上，确保在标定和使用过程中两者的相对位置关系不再改变；放置标定板，开始标定，对相机内参进行标定，并将内参信息发布到ros平台中，在linux系统中开启三个终端，分别运行单目相机图像几何特征提取模块ros节点、激光雷达点云几何特征提取模块ros节点、匹配校准模块ros节点。
9、进一步地，所述的标定板为1000mm×800mm的矩形标定板，按照顺时针在标定板4个角距离标定板边100mm的位置分别粘贴边长为200mm的正方形aruco标记，这4个aruco标记的字典为dict_6×6_250，在标定板中心粘贴边长为200mm的正方形aruco标记，这1个aruco标记的字典为dict_7×7_250，用于提供单目相机与激光雷达所需的几何特征；
10、标定板固定在标定板支架上摆放时，确保周围没有相似的平面，标定板与背景之间至少相距20cm，标定板的底边相对于水平面保持倾斜，保证标定板贴有aruco标记的一面能够被单目相机与多线激光雷达采集；
11、将标定板位置放置于拍摄平台前的一定位置上，选择距离为2米以上的位置；收集20帧有效图案和点云信息，作为一组校准特征，随后变换标定板位置，在移动3-4次标定板之后得到最优的标定外参。
12、进一步地，在单目相机图像几何特征提取模块ros节点中，当节点开始运行时，自动开始采集标定板中的几何特征；
13、订阅单目相机采集的一张标定板图片，根据订阅提前标定的单目相机内参，去除图像畸变，计算相机坐标系下点在图像坐标系下的位置；
14、根据aruco标记的id以及字典识别标定板中心的aruco标记，以中心aruco标记的中心为世界坐标系原点，得到aruco标记相对于相机坐标系的转换关系，取此变换矩阵的值；
15、同时对标定板角落的4个aruco标记进行识别，以标定板中心为世界坐标系为原点，并以标定板中心的aruco标记获得的变换矩阵为初值计算，得到世界坐标系下的标定板相对于相机坐标系下的转换关系；
16、根据标定板的实际参数，得到标定板4个角点在世界坐标系下的坐标，以及单位法向量，根据求得的世界坐标系下的标定板相对于相机坐标系下的转换关系，得到相机坐标系下的标定板角点坐标和单位法向量；
17、将所得到的相机坐标系下的标定板角点坐标和单位法向量发布到ros平台中；
18、在激光雷达点云几何特征提取模块ros节点中，当节点开始运行时，自动开始采集标定板中的几何特征；
19、订阅激光雷达一帧内得到环境内所有物体的点云，对点云进行滤波处理得到标定板所在区域的点云数据；
20、拟合目标区域的点云，获得标定板所在平面的单位法向量；
21、根据点云深度突变，得到标定板边缘的点云；
22、并由边缘点云来拟合直线，获得标定板边缘线，边缘线相交的交点为标定板角点；
23、根据已知的标定板尺寸，建立距离约束，若满足距离约束则保留该帧点云提取的激光雷达坐标系下的角点坐标以及单位法向量，否则剔除该帧；
24、将所保留的激光雷达坐标系下的标定板角点坐标和单位法向量发布到ros平台中。
25、进一步地，单目相机图像几何特征提取模块的步骤包括：
26、第一步，运行单目相机图像几何本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于ROS平台的单目相机与激光雷达联合标定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的标定板为1000mm×800mm的矩形标定板，在标定板中心粘贴1个ArUco标记，字典为DICT_7×7_250，为获取标定板相对于待校准相机的位姿提供初值，按照顺时针在标定板4个角距离标定板边100mm的位置分别粘贴边长为200mm的正方形ArUco标记，这4个ArUco标记的字典为DICT_6×6_250，用于提供单目相机所需的几何特征；
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在单目相机图像几何特征提取模块ROS节点中，当节点开始运行时，自动开始采集标定板中的几何特征；
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，单目相机图像几何特征提取模块的步骤包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二步的具体过程是：以中心ArUco标记的中心为世界坐标系原点，ArUco标记底边方向为x轴，垂直于底边方向为y轴，垂直于ArUco标记的方向为z轴，得到标定板中心ArUco标记角点在世界坐标系下的三维坐标根
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，激光雷达点云几何特征提取模块的步骤包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，匹配校准模块的步骤包括：
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标定板为非正方形的矩形标定板。
9.一种基于ROS平台的单目相机和激光雷达联合标定方法，其特征在于，所述方法包括：单目相机、多线激光雷达和标定板；
...【技术特征摘要】
1.一种基于ros平台的单目相机与激光雷达联合标定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的标定板为1000mm×800mm的矩形标定板，在标定板中心粘贴1个aruco标记，字典为dict_7×7_250，为获取标定板相对于待校准相机的位姿提供初值，按照顺时针在标定板4个角距离标定板边100mm的位置分别粘贴边长为200mm的正方形aruco标记，这4个aruco标记的字典为dict_6×6_250，用于提供单目相机所需的几何特征；
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在单目相机图像几何特征提取模块ros节点中，当节点开始运行时，自动开始采集标定板中的几何特征；
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，单目相机图像几何特征提取模块的步骤包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二步的具体过程是：以中心aruco标记的中心...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕晓玲，冀文磊，郝永良，滕景树，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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