CN109828262A - 基于平面和空间特征的激光雷达与相机自动联合标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于平面和空间特征的激光雷达与相机自动联合标定方法，其通过标定物上设计的平面和空间特征，分别利用激光雷达和相机对其进行定位，以实现对激光雷达和相机快速可靠的进行标定。将激光雷达和相机安装在待标定设备上，之后将待标定设备固定在六轴机械臂的输出端，初始状态下激光雷达和相机的正前方位置设置有标定板，所述标定板上设计有平面标定特征和空间标定特征两种几何特征；相机提取平面标定特征中的标定点使用，激光雷达提取空间标定特征中的标定点使用，驱动六轴机械臂的输出端带动待标定设备按照设定轨迹进行运动，通过相机获得对应的标定板图像，通过张正友标定方法标定相机内外参数。

Description

基于平面和空间特征的激光雷达与相机自动联合标定方法

技术领域

本发明涉及自动驾驶的技术领域，具体为基于平面和空间特征的激光雷达与相机自动联合标定方法。

背景技术

激光雷达与相机信息融合目前被广泛应用于无人车和自主移动机器人感知与自动导航系统，用来完成SLAM定位、目标识别与跟踪、障碍物检测等一系列计算任务。激光雷达与相机联合标定是两者进行信息融合的基础。

目前常见的标定方法，是分别使用激光雷达和相机识别并定位标定场景中的目标物，通过目标物在两种传感器中的位置，完成两者的联合标定。该目标物一般位于开放场景中，通过AI技术对场景中的目标进行识别和定位，对场景和环境光线等因素有一定的要求，并且有一定的失败率。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了基于平面和空间特征的激光雷达与相机自动联合标定方法，其通过标定物上设计的平面和空间特征，分别利用激光雷达和相机对其进行定位，以实现对激光雷达和相机快速可靠的进行标定。

基于平面和空间特征的激光雷达与相机自动联合标定方法，其特征在于：将激光雷达和相机安装在待标定设备上，之后将待标定设备固定在六轴机械臂的输出端，初始状态下激光雷达和相机的正前方位置设置有标定板，所述标定板上设计有平面标定特征和空间标定特征两种几何特征；相机提取平面标定特征中的标定点使用，激光雷达提取空间标定特征中的标定点使用，驱动六轴机械臂的输出端带动待标定设备按照设定轨迹进行运动，通过相机获得对应的标定板图像，通过张正友标定方法标定相机内外参数；在标定板正前方位置使用激光雷达扫描标定板提取空间标定特征上的顶点坐标；使用三坐标测量设备测量平面标定特征上的每个角点和空间标定特征上的每个角点在标定板坐标系中的坐标，之后使用基于点对的空间配准方法，计算激光雷达坐标系到相机坐标系的变换关系。

其进一步特征在于：

所述六轴机械臂的运动包括沿X向、Y向、Z向的平移以及绕翻转轴、俯仰轴、侧摆轴的旋转组成；

机械臂携带待标定设备从标定板正前方、上方、下方、左侧、右侧平视标定板，在每个方位采集一幅标定板图像；然后再从左侧、右侧、上方、下方以斜45度角斜视标定板，并在每个方位采集一幅标定板图像；最后用张正友标定方法标定相机内外参数；

所述平面标定特征由黑白相间的棋盘格组成，相机对其拍摄图像后，提取黑白相交的角点作为标定点使用；空间标定特征包括至少一个空间六面体凸台，六面体凸台上的八个顶点由激光雷达扫描测得，作为标定点使用。

采用上述技术方案后，其通过标定物上设计的平面和空间特征，分别利用激光雷达和相机对其进行定位，以实现对激光雷达和相机快速可靠的进行标定；操作过程全自动化，方便快捷；标定过程不受环境和人为操作因素影响，具有很好的一致性，适合量产使用。

附图说明

图1为本发明的标定示意简图。

具体实施方式

基于平面和空间特征的激光雷达与相机自动联合标定方法，见图1：将激光雷达和相机安装在待标定设备1上，之后将待标定设备1固定在六轴机械臂2的输出端，初始状态下激光雷达和相机的正前方位置设置有标定板3，标定板3上设计有平面标定特征31和空间标定特征32两种几何特征；相机提取平面标定特征31中的标定点使用，激光雷达提取空间标定特征中的标定点使用，驱动六轴机械臂的输出端带动待标定设备按照设定轨迹进行运动，通过相机获得对应的标定板图像，通过张正友标定方法标定相机内外参数；在标定板正前方位置使用激光雷达扫描标定板提取空间标定特征上的顶点坐标；使用三坐标测量设备测量平面标定特征上的每个角点和空间标定特征上的每个角点在标定板坐标系中的坐标，之后使用基于点对的空间配准方法，计算激光雷达坐标系到相机坐标系的变换关系。

六轴机械臂的运动包括沿X向、Y向、Z向的平移以及绕翻转轴、俯仰轴、侧摆轴的旋转组成；

机械臂携带待标定设备从标定板正前方、上方、下方、左侧、右侧平视标定板，在每个方位采集一幅标定板图像；然后再从左侧、右侧、上方、下方以斜45度角斜视标定板，并在每个方位采集一幅标定板图像；最后用张正友标定方法标定相机内外参数；

平面标定特征由黑白相间的棋盘格组成，相机对其拍摄图像后，提取黑白相交的角点作为标定点使用；空间标定特征包括至少一个空间六面体凸台，六面体凸台上的八个顶点由激光雷达扫描测得，作为标定点使用。

具体实施例中，将激光雷达和相机安装在待标定设备上，之后将待标定设备固定在六轴机械臂的输出端，初始状态下激光雷达和相机的正前方位置设置有标定板，标定板上包括有中间的黑白相间的棋盘格和两侧的空间六面体凸台，之后进行如下操作：

(1)机械臂携带待标定设备从标定板正前方、上方、下方、左侧、右侧平视标定板，相机在每个方位采集一幅标定板图像；然后再从左侧、右侧、上方、下方以斜45度角斜视标定板，并通过相机在每个方位采集一幅标定板图像，；最后用张正友标定方法标定相机内外参数；

(2)在标定板正前方位置时，使用激光雷达扫描标定板，提取空间标定特征上的八个顶点坐标；

(3)使用三坐标测量设备测量平面标定特征上的每个角点和空间标定特征上的每个角点在标定板坐标系中的坐标；

(4)使用基于点对的空间配准方法，计算激光雷达坐标系到相机坐标系的变换关系。

其通过标定物上设计的平面和空间特征，分别利用激光雷达和相机对其进行定位，以实现对激光雷达和相机快速可靠的进行标定；操作过程全自动化，方便快捷；标定过程不受环境和人为操作因素影响，具有很好的一致性，适合量产使用。

以上对本发明的具体实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.基于平面和空间特征的激光雷达与相机自动联合标定方法，其特征在于：将激光雷达和相机安装在待标定设备上，之后将待标定设备固定在六轴机械臂的输出端，初始状态下激光雷达和相机的正前方位置设置有标定板，所述标定板上设计有平面标定特征和空间标定特征两种几何特征；相机提取平面标定特征中的标定点使用，激光雷达提取空间标定特征中的标定点使用，驱动六轴机械臂的输出端带动待标定设备按照设定轨迹进行运动，通过相机获得对应的标定板图像，通过张正友标定方法标定相机内外参数；在标定板正前方位置使用激光雷达扫描标定板提取空间标定特征上的顶点坐标；使用三坐标测量设备测量平面标定特征上的每个角点和空间标定特征上的每个角点在标定板坐标系中的坐标，之后使用基于点对的空间配准方法，计算激光雷达坐标系到相机坐标系的变换关系。

2.如权利要求1所述的基于平面和空间特征的激光雷达与相机自动联合标定方法，其特征在于，所述六轴机械臂的运动包括沿X向、Y向、Z向的平移以及绕翻转轴、俯仰轴、侧摆轴的旋转组成。

3.如权利要求1所述的基于平面和空间特征的激光雷达与相机自动联合标定方法，其特征在于：机械臂携带待标定设备从标定板正前方、上方、下方、左侧、右侧平视标定板，在每个方位采集一幅标定板图像；然后再从左侧、右侧、上方、下方以斜45度角斜视标定板，并在每个方位采集一幅标定板图像；最后用张正友标定方法标定相机内外参数。

4.如权利要求1所述的基于平面和空间特征的激光雷达与相机自动联合标定方法，其特征在于：所述平面标定特征由黑白相间的棋盘格组成，相机对其拍摄图像后，提取黑白相交的角点作为标定点使用；空间标定特征包括至少一个空间六面体凸台，六面体凸台上的八个顶点由激光雷达扫描测得，作为标定点使用。