CN110189381B - 外参数标定系统、方法、终端及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种外参数标定系统、方法、终端及可读存储介质，其中所述标定方法包括：获取激光雷达扫描标定板得到的点云数据；将所述点云数据以图形形式显示于显示器上，其中，所述显示器的显示区域盖设有所述标定板，所述标定板包括至少一漫反射区和至少一具有透光性的镜面反射区；获取相机拍摄得到的包含所述显示区域的图片数据；根据所述点云数据与所述图片数据获取激光雷达与相机的外参数。本发明去除了雷达数据与相机数据之间的匹配过程，简化了外参的计算流程，提高了计算激光雷达与相机外参的准确性。

Description

外参数标定系统、方法、终端及可读存储介质

技术领域

本发明涉及计算机视觉和机器人领域，尤其涉及到一种外参数标定系统、方法、终端及可读存储介质。

背景技术

目前，激光雷达与相机校准的方案主要是通过标定板进行标定。标定时，激光雷达对标定板进行扫描获得标定板在激光雷达坐标系中的点云数据；然后相机估计标定板与相机相对位姿，并求得标定板的在相机坐标系下的相对位置信息；最后将激光雷达获得的点云数据与相机获得的数据进行匹配拟合求出激光雷达与相机的外参数，该外参数为激光雷达与相机的相对位置信息。

这种方法在对激光雷达与相机进行校正时，由于雷达自身采集的数据具有误差，相机估计标定板的相对位置信息也会存在误差，当使用激光雷达的点云数据和相机拍摄的数据进行匹配时会造成误差的传递，使得求出的外参具有较大误差。

发明内容

本发明的提供一种外参数标定系统、方法、终端及可读存储介质，旨在解决现有技术中激光雷达和相机在标定时外参数存在较大误差的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种外参数标定系统，所述标定系统包括标定终端、显示器、激光雷达、相机及标定板，所述标定终端与所述显示器、激光雷达、相机均电性连接，所述标定板盖设于所述显示器的显示区域，其中，所述标定板包括至少一具有透光性的镜面反射区和至少一漫反射区。

优选地，所述标定板包括基板、镜面反射件和漫反射件，所述镜面反射件设置于所述基板上以形成所述镜面反射区，所述漫反射件设置于所述基板上以形成所述漫反射区。

优选地，所述基板为玻璃板及/或亚克力板，所述反射件为金属层，所述漫反射件为不透明贴纸。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种外参数标定方法，所述标定方法包括：

获取激光雷达扫描标定板得到的点云数据；

将所述点云数据以图形形式显示于显示器上，其中，所述显示器的显示区域盖设有所述标定板，所述标定板包括至少一漫反射区和至少一具有透光性的镜面反射区；

获取相机拍摄得到的包含所述显示区域的图片数据；

根据所述点云数据与所述图片数据获取激光雷达与相机的外参数。

优选地，所述获取激光雷达扫描标定板得到的点云数据的步骤之前包括：

控制所述显示器显示一与所述标定板匹配的显示区域，以将所述标定板盖设于所述显示区域上。

优选地，所述将所述点云数据以图形形式显示于显示器上的步骤包括：

根据所述点云数据和所述漫反射区在所述标定板的坐标系中的位置信息获取所述点云数据对应的图形方程；

控制所述显示器显示与所述图像方程对应的图形。

优选地，所述根据所述点云数据与所述图片数据获取激光雷达与相机的外参数的步骤之前包括；

判断所述点云数据和所述图像数据是否满足外参数的解算条件；

若满足，则执行根据所述点云数据与所述图片数据获取激光雷达与相机的外参数的步骤。

优选地，所述根据所述点云数据与所述图片数据获取激光雷达与相机的外参数的步骤包括：

获取点云数据中的目标端点的位置信息以及图片数据中与所述目标端点对应的像素点的位置信息；

根据目标端点与像素点的位置信息进行函数拟合得到所述外参数。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种外参数标定终端，所述标定终端包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的外参数标定程序，所述外参数标定程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的外参数标定方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有外参数标定程序，所述外参数标定程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的外参数标定方法的步骤。

本发明通过使用所述标定板，将雷达的点云数据拟合时的误差限定在所述标定板所在的二维平面内，有效的减小了雷达数据拟合的误差，而将雷达的数据通过显示器显示出来后，由相机直接采集，这种采集方式直接得到了部分激光雷达点云数据也即所述直线段的端点在相机中的像素位置，去除了雷达数据与相机数据之间的匹配过程，简化了外参的计算流程，提高了计算激光雷达与相机外参的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1示出了根据本发明一个实施例的标定系统的结构示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的标定板的结构示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的标定方法的流程示意图；

图4示出了根据本发明另一个实施例的标定方法的流程示意图；

图5示出了根据本发明一个实施例的步骤S20的具体流程示意图；

图6示出了根据本发明再一个实施例的标定方法的流程示意图；

图7出了根据本发明一个实施例的步骤S40的具体流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请一并参照图1-2，本发明提供一种激光雷达与相机的外参数标定系统，所述标定系统包括标定终端1、激光雷达2、相机3、显示器4及标定板5，所述标定终端1与所述显示器4、激光雷达2、相机3均电性连接，所述标定板5盖设于所述显示器4的显示区域，其中，所述标定板5包括至少一具有透光性的镜面反射区51和至少一漫反射区52(图1中阴影部分)。

在本实施例中，所述标定终端1可以是PC(个人计算机)，也可以是智能手机、平板电脑、电子书阅读器、MP3(Moving Picture Experts Group Audio Layer III，动态影像专家压缩标准音频层面3)播放器、MP4(Moving Picture Experts Group Audio Layer IV，动态影像专家压缩标准音频层面3)播放器、便携计算机等具有显示功能的可固定式或者移动式终端设备。

所述显示器4可以是所述标定终端1自带的显示器4，例如PC自带的显示器4，也可以是除了所述标定终端1之外另外配置的显示器4，例如，当所述标定终端1为手机时，由于手机的显示器4较小，可以另外配置与手机通讯连接的尺寸大于等于所述标定板5的显示器4。

所述标定板5的整体尺寸小于等于所述显示器4的显示区域，且所述标定板5盖设于所述显示器4的显示区域，具体地，所述标定板5可以直接贴设于所述显示器4上，也可以与所述显示器4保留一定的间隙，该间隙越小越好，需要特别注意的是，本发明的标定板5包括至少一镜面反射区51和至少一漫反射区52，且所述镜面反射区51具有透光性，能够透过所述显示器4发出的光被相机3采集到；当所述激光雷达2发出的激光扫描到所述镜面反射区51，激光被所述镜面反射区51反射到除了激光雷达2之外的其他位置，使得所述激光雷达2接收不到回波信号，感测不到所述镜面反射区51与所述激光雷达2之间的距离信息，当所述激光雷达2发出的激光扫描到所述漫反射区52，漫反射区52对激光形成漫反射，激光未被全部反射到其他位置，部分返回所述激光雷达2，所述激光雷达2能够接收回波信号，能够感测到所述漫反射区52与所述激光雷达2之间的距离信息，也即，在所述激光雷达2发出的激光扫描到所述漫反射区52时，能够获取到点云数据。

优选地，所述标定板5包括基板、镜面反射件和漫反射件，所述镜面反射件设置于所述基板上以形成所述镜面反射区51，所述漫反射件设置于所述基板上以形成所述漫反射区52。

在本实施例中，所述基板上设置所述镜面反射件和漫反射件，以分别形成所述镜面反射区51和漫反射区52，所述镜面反射区51和漫反射区52均为至少一个，当所述漫反射区52为多个时，多个所述漫反射区52呈间隔设置，多个所述漫反射区52之间形成多个所述镜面反射区51，多个所述镜面反射区51之间可以连成一片，形成多个镜面反射区51，也可以不连成一片，此时，多个所述镜面反射区51之间也间隔设置。具体地，所述基板为玻璃板及/或亚克力板，以使所述基板具有一定的刚性和透光性，所述反射件为金属层，可以通过沉积、溅射等工艺在所述基板上形成所述金属层，所述漫反射件为不透明贴纸，可直接粘贴在所述基板或者所述金属层上形成所述漫放射区，可以理解的是，所述漫反射件也可以是其他具备漫反射功能的材质，而不仅限于不透明贴纸。

本申请的外参数标定系统的具体实施原理和方法参见如下所述的标定方法。

请参照图3，基于上述的外参数标定系统，提出本发明的外参数标定方法，作为本发明的所述标定方法的第一实施例，所述标定方法包括以下步骤：

步骤S10，获取激光雷达扫描标定板得到的点云数据。

在本实施例中，以所述激光雷达为单线激光雷达为例，本发明的标定板包括至少一镜面反射区和至少一漫反射区，当所述激光雷达发出的激光扫描到所述镜面反射区，激光被所述镜面反射区反射到除了激光雷达之外的其他位置，使得所述激光雷达接收不到回波信号，感测不到所述镜面反射区与所述激光雷达之间的距离信息，当所述激光雷达发出的激光扫描到所述漫反射区，漫反射区对激光形成漫反射，激光未被全部反射到其他位置，部分返回所述激光雷达，所述激光雷达能够接收回波信号，能够感测到所述漫反射区与所述激光雷达之间的距离信息，也即，在所述激光雷达发出的激光扫描到所述漫反射区时，能够获取到点云数据。

步骤S20，将所述点云数据以图形形式显示于显示器上，其中，所述显示器的显示区域盖设有所述标定板，所述标定板包括至少一漫反射区和至少一具有透光性的镜面反射区。

在本实施例中，所述漫反射区为多个，多个所述漫反射区间隔设置，由于所述激光雷达为单线激光雷达，所述点云数据对应的图形为多个共线的直线段，在获取到所述点云数据后，根据所述点云数据和标定板的坐标系内所述漫反射区的位置信息可以解算出激光雷达扫描到标定板的位置以及激光雷达在标定板平面扫描出的直线的解析方程，将所述解析方程对应直线通过所述显示器显示出来，漫反射区可以具有或者不具有透光性，在所述漫反射区不具有透光性时，所述漫反射区会遮挡所述点云数据对应的多个直线段，由于所述镜面反射区具有透光性，因此，相机至少能够采集到透过镜面反射区的间隔设置的直线段，而该间隔设置的直线段与所述点云数据对应的多个直线段形成互补关系构成所述解析方程对应的直线。

步骤S30，获取相机拍摄得到的包含所述显示区域的图片数据。

在本实施例中，相机拍摄得到的包含所述显示区域的图片数据，所述图片数据中包含代表所述激光雷达扫描真值的直线透过所述镜面反射区的多个间隔设置的直线段，该直线段的端点与所述点云数据对应的直线段的端点相对应，也即，通过将所述点云数据以图形形式显示于所述显示器上供所述相机进行拍摄采集。

步骤S40，根据所述点云数据与所述图片数据获取激光雷达与相机的外参数。

在本实施例中，获取到所述点云数据与所述图片数据后，通过函数拟合求解所述激光雷达与所述相机之间的外参数。本发明通过使用所述标定板，将雷达的点云数据拟合时的误差限定在所述标定板所在的二维平面内，有效的减小了雷达数据拟合的误差，而将雷达的数据通过显示器显示出来后，由相机直接采集，这种采集方式直接得到了部分激光雷达点云数据也即所述直线段的端点在相机中的像素位置，去除了雷达数据与相机数据之间的匹配过程，简化了外参的计算流程，提高了计算激光雷达与相机外参的准确性。

请参照图4，优选地，基于所述第1实施例，提出本发明的标定方法的第2实施例，所述步骤S10之前包括：

步骤S50，控制所述显示器显示一与所述标定板匹配的显示区域，以将所述标定板盖设于所述显示区域上。

在本实施例中，在所述标定终端开启后，控制所述显示器显示一与所述标定板匹配的显示区域，与所述标定板匹配的显示区域也即显示尺寸与所述标定板尺寸一致的显示区域，以便于将所述标定板对位盖设于所述显示区域，提高标定板与所述显示区域的对位精度，从而提高所述相机采集所述图片数据时直线段的端点对应的像素位置的采集精度。

请参照图5，优选地，基于所述第1-2实施例，提出本发明的标定方法的第3实施例，所述步骤S20包括：

步骤S21，根据所述点云数据和所述漫反射区域在所述标定板的坐标系中的位置信息获取所述点云数据对应的图形方程；

步骤S22，控制所述显示器显示与所述图像方程对应的图形。

在本实施例中，由于所述激光雷达为单线激光雷达，所述单线激光雷达采集到的点云数据对应的图形为多个间隔设置的直线段，根据所述点云数据和所述漫反射区在所述标定板的坐标系中的位置信息获取所述点云数据对应的图形方程时，获取到的是所述点云数据对应的直线方程，控制所述显示器显示与所述图像方程对应的图形时，所述显示器显示出来的为一条代表所述激光雷达扫描真值的直线。可以理解的是，在所述激光雷达不是激光雷达时，所述图形可以是其他类型。

请参照图6，优选地，基于所述第1-3实施例，提出本发明的标定方法的第3实施例，所述步骤S40之前包括；

步骤S60，判断所述点云数据和所述图像数据是否满足外参数的解算条件；

若满足，则执行步骤S40。

在本实施例中，所述解算条件为达到函数拟合时所需的数据量，在执行完一次步骤S10-S30时，只能得到从点云数据和所述图像数据中获取到一组对应点数据，而要求得所述外参数，必须要得到至少两组组对应点数据，因此，在求解所述外参数之前，判断所述点云数据和所述图像数据是否满足外参数的解算条件，若不满足，则执行根据目标端点与像素点的位置信息进行函数拟合得到所述外参数的步骤，若不满足，则重复执行步骤S10-S30，直至达到所述达到解算条件。

请参照图7，优选地，基于所述第1-3实施例，提出本发明的标定方法的第3实施例，所述步骤S40包括：

步骤S41，获取点云数据中的目标端点的位置信息以及图片数据中与所述目标端点对应的像素点的位置信息；

步骤S42，根据目标端点与像素点的位置信息进行函数拟合得到所述外参数。

在本实施例中，在获取到点云数据后，获取所述点云数据对应的直线段的端点的位置信息，同时获取图片数据中与所述目标端点对应的像素点的位置信息，并根据所述目标端点与像素点的位置信息进行函数拟合得到所述外参数，所述函数拟合过程为将所述目标端点与像素点的位置信息带入齐次性方程组中求解齐次性方程组的系数，该系数也即所述外参数，函数拟合过程为现有技术，在此不在赘述。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种外参数标定终端，所述标定终端包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的外参数标定程序，所述外参数标定程序被处理器执行时实现如上所述的外参数标定方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有外参数标定程序，所述外参数标定程序被处理器执行时实现如上所述的外参数标定方法的步骤。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种外参数标定系统，其特征在于，所述标定系统包括标定终端、显示器、激光雷达、相机及标定板，所述标定终端与所述显示器、激光雷达、相机均电性连接，所述标定板盖设于所述显示器的显示区域，其中，所述标定板包括至少一具有透光性的镜面反射区和至少一漫反射区，所述标定板包括基板、镜面反射件和漫反射件，所述镜面反射件设置于所述基板上以形成所述镜面反射区，非反射件设置于所述基板上以形成所述漫反射区，所述基板为玻璃板及/或亚克力板，所述镜面反射件为金属层，所述非反射件为不透明贴纸。

2.一种外参数标定方法，其特征在于，所述标定方法包括：

获取激光雷达扫描标定板得到的点云数据；

将所述点云数据以图形形式显示于显示器上，其中，所述显示器的显示区域盖设有所述标定板，所述标定板包括至少一漫反射区和至少一具有透光性的镜面反射区，所述标定板包括基板、镜面反射件和漫反射件，所述镜面反射件设置于所述基板上以形成所述镜面反射区，非反射件设置于所述基板上以形成所述漫反射区，所述基板为玻璃板及/或亚克力板，所述镜面反射件为金属层，所述非反射件为不透明贴纸；

获取相机拍摄得到的包含所述显示区域的图片数据；

根据所述点云数据与所述图片数据获取激光雷达与相机的外参数。

3.根据权利要求2所述的外参数标定方法，所述获取激光雷达扫描标定板得到的点云数据的步骤之前包括：

控制所述显示器显示一与所述标定板匹配的显示区域，以将所述标定板盖设于所述显示区域上。

4.根据权利要求2所述的外参数标定方法，所述将所述点云数据以图形形式显示于显示器上的步骤包括：

根据所述点云数据和所述漫反射区在所述标定板的坐标系中的位置信息获取所述点云数据对应的图形方程；

控制所述显示器显示与所述图形方程对应的图形。

5.根据权利要求2所述的外参数标定方法，其特征在于，所述根据所述点云数据与所述图片数据获取激光雷达与相机的外参数的步骤之前包括；

判断所述点云数据和所述图片数据是否满足外参数的解算条件；

若满足，则执行根据所述点云数据与所述图片数据获取激光雷达与相机的外参数的步骤。

6.根据权利要求3所述的外参数标定方法，其特征在于，所述根据所述点云数据与所述图片数据获取激光雷达与相机的外参数的步骤包括：

获取点云数据中的目标端点的位置信息以及图片数据中与所述目标端点对应的像素点的位置信息；

根据目标端点与像素点的位置信息进行函数拟合得到所述外参数。

7.一种外参数标定终端，其特征在于，所述标定终端包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的外参数标定程序，所述外参数标定程序被处理器执行时实现如权利要求2-6中任一项所述的外参数标定方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有外参数标定程序，所述外参数标定程序被处理器执行时实现如权利要求2-6中任一项所述的外参数标定方法的步骤。

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