CN111693969A - 一种激光雷达与相机的联合标定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光雷达与相机的联合标定装置，包括底座、升降杆、旋转机构和标定板，所述升降杆的一端固定于所述底座上，所述标定板通过旋转机构转动安装于所述升降杆的升降端；所述标定板的正面中间分布有平面棋盘格，所述标定板的周侧分布有多个半球结构。本发明还公开了一种标定方法，包括：调节升降杆使标定版处于不同标定高度，同时调节旋转机构对标定板进行360度旋转，实现自动标定相机内参；利用激光雷达抽取的半球结构球心特征点到相机图像上提取的圆心特征点对应关系，进行联合标定。本发明具有结构简单、标定效率高且标定精准等优点。

Description

一种激光雷达与相机的联合标定装置及方法

技术领域

本发明主要涉及无人车技术领域，特指一种激光雷达与相机的联合标定装置及方法。

背景技术

随着无人驾驶急速发展，对车辆感知系统要求越来越高,多传感器融合感知成为趋势。阿其中雷达能够提供精确的点云数据，可以建立稠密的三维世界地图，便于无人车运动时避障路径规划。但雷达只提供点坐标的信息，略去了颜色、纹理、形状等等特征，所得数据不直观。相机就很好地弥补了这一点，被称为最接近人类视觉的传感器。可是相机在成像的过程中进行了三维空间的二维投影变换，压缩了一个维度，略去了深度信息，所以这两种传感器是天然的互补。激光雷达与相机联合标定作为两者数据融合的前提，是非常重要的工作。

目前激光雷达与相机的联合标定方法多基于线特征，点特征或者面特征方法。首先利用人工利用平面棋盘格标出相机内参，然后利用特殊的标定板通过雷达提取线特征，进而直线拟合求得点特征，往往因为雷达自身扫描精度问题，容易受到雷达本身扫描带来的噪声点影响，造成特征提取困难，求得的标定外参不准确；另外标定流程较为复杂，激光雷达与相机联合标定时，需要人工举棋盘格将相机内参求得，进而利用特征对应方法求得雷达与相机的外参，方法费时且不方便。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、标定效度高且标定精度高的激光雷达与相机的联合标定装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种激光雷达与相机的联合标定装置，包括底座、升降杆、旋转机构和标定板，所述升降杆的一端固定于所述底座上，所述标定板通过旋转机构转动安装于所述升降杆的升降端；所述标定板的正面中间分布有平面棋盘格，所述标定板的周侧分布有多个半球结构。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述半球结构为从标定板正面向背面凹的半球。

所述半球结构的数量为四个，均匀分布在标定板的四角位置处。

所述升降杆为液压升降杆。

所述旋转机构为球阀调节器。

所述平面棋盘格为黑白平面棋盘格。

所述标定板的表面涂覆有磨砂状涂层。

所述标定板为灰色或白色。

本发明还公开了一种如上所述的激光雷达与相机的联合标定装置的标定方法，包括：

调节升降杆使标定版处于不同标定高度，同时调节旋转机构对标定板进行360度旋转，实现自动标定相机内参；

利用激光雷达抽取的半球结构特征点到相机图像上提取的圆心特征点对应关系，进行联合标定。

作为上述技术方案的进一步改进：

联合标定的详细步骤为：

通过激光雷达扫描得到半球结构的边缘点，进而得到半球结构的球心坐标；

再通过相机得到球心于像素坐标系下的坐标；

得到球心各坐标之间的对应关系，进而求得激光雷达到相机的外参矩阵。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的激光雷达与相机的联合标定装置及方法，可通过升降杆和旋转机构的相互配合，能够自动标定相机内参，无需人工标定相机内参，提高标定效率；同时在标定板上配置有半球结构，通过求得激光雷达扫描得到的球心强特征点对应相机拍摄得到的圆心特征点的对应关系，求得雷达与相机的外参，操作方便且精度高；整体结构简单、操作简便。

附图说明

图1为本发明的装置在实施例的结构示意图。

图2为本发明的标定板在实施例的结构示意图。

图中标号表示：1、底座；2、升降杆；3、旋转机构；4、标定板；5、棋盘格；6、半球结构。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1和图2所示，本实施例的激光雷达与相机的联合标定装置，应用于无人车，具体包括底座1、升降杆2、旋转机构3和标定板4，升降杆2的一端固定于底座1上，标定板4通过旋转机构3转动安装于升降杆2的升降端；标定板4的正面中间分布有平面棋盘格5，标定板4的周侧分布有多个半球结构6。本发明的激光雷达与相机的联合标定装置，可通过升降杆2和旋转机构3的相互配合，能够自动标定相机内参，无需人工标定相机内参，提高标定效率；整体结构简单、操作简便；同时在标定板4上配置有半球结构6，通过求得3D激光雷达扫描得到的球心强特征点对应相机拍摄得到的圆心特征点的对应关系，求得雷达与相机的外参，操作方便且精度高。

如图2所示，本实施例中，半球结构6为从标定板4正面向背面凹的空心半球。其中空心半球的数量为四个，均匀分布在标定板4的四角位置处。为了更清楚，准确得到激光雷达扫描到标定板4上的特征点，各空心半球直径应大于10cm。当然，在其它实施例中，也可以根据实际情况选择其它数量的半球结构6。

本实施例中，升降杆2为液压升降杆，通过液压电机进行自动控制，实现垂直方向上的升降，结构简单且操作简便。旋转机构3为球阀调节器，用于旋转标定板4，结构简单且操作简便。

本实施例中，平面棋盘格5为黑白平面棋盘格；黑白平面棋盘格5的数量至少为4*4个，黑白棋盘格5尺寸为正方形,其尺寸不小于5cm。同时为了增加激光雷达反射强度和改善激光雷达漫反射现象，标定板4表面为灰色或者白色，并且使用磨砂状涂层。

工作流程：通过升降杆2进行自动升降调节后，再通过旋转机构3旋转得到相机内参后，再通过激光扫描得到半球结构边缘点，进而得到球心坐标(x,y,z),通过相机得到半球结构圆心于像素坐标系下的坐标(u,v)，建立两坐标之间的对应关系，进而求得激光雷达到相机的外参矩阵RT。

本发明还公开了一种基于如上所述的激光雷达与相机的联合标定装置的标定方法，包括步骤：自动调节升降杆2使标定版处于不同标定高度，同时调节旋转机构3对标定板4进行360度旋转，实现自动标定相机内参(相机内参的标定方法属于常规方法)；利用激光雷达抽取的半球结构6球心特征点到相机图像上提取的圆心特征点之间的对应关系，进行联合标定，具体地：通过激光雷达扫描得到半球结构6的边缘点，进而得到半球结构6的球心坐标；再通过相机得到半球结构6的圆心于像素坐标系下的坐标，进而求得激光雷达到相机的外参矩阵RT，操作简便且标定精度高。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光雷达与相机的联合标定装置，其特征在于，包括底座(1)、升降杆(2)、旋转机构(3)和标定板(4)，所述升降杆(2)的一端固定于所述底座(1)上，所述标定板(4)通过旋转机构(3)转动安装于所述升降杆(2)的升降端；所述标定板(4)的正面中间分布有平面棋盘格(5)，所述标定板(4)的周侧分布有多个半球结构(6)。

2.根据权利要求1所述的激光雷达与相机的联合标定装置，其特征在于，所述半球结构(6)为从标定板(4)正面向背面凹的空心半球。

3.根据权利要求1所述的激光雷达与相机的联合标定装置，其特征在于，所述半球结构(6)的数量为四个，均匀分布在标定板(4)的四角位置处。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的激光雷达与相机的联合标定装置，其特征在于，所述升降杆(2)为液压升降杆。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的激光雷达与相机的联合标定装置，其特征在于，所述旋转机构(3)为球阀调节器。

6.根据权利要求1～3中任意一项所述的激光雷达与相机的联合标定装置，其特征在于，所述平面棋盘格(5)为黑白平面棋盘格。

7.根据权利要求1～3中任意一项所述的激光雷达与相机的联合标定装置，其特征在于，所述标定板(4)的表面涂覆有磨砂状涂层。

8.根据权利要求7所述的激光雷达与相机的联合标定装置，其特征在于，所述标定板(4)为灰色或白色。

9.一种基于权利要求1～8中任意一项所述的激光雷达与相机的联合标定装置的标定方法，其特征在于，包括步骤：

调节升降杆(2)使标定版处于不同标定高度，同时调节旋转机构(3)对标定板(4)进行360度旋转，实现自动标定相机内参；

利用激光雷达抽取的半球结构(6)特征点到相机图像上提取的圆心特征点对应关系，进行联合标定。

10.根据权利要求9所述的标定方法，其特征在于，联合标定的详细步骤为:

通过激光雷达扫描得到半球结构(6)的边缘点，进而得到半球结构(6)的球心坐标；

再通过相机得到半球结构(6)的圆心于像素坐标系下的坐标；

得到各坐标之间的对应关系，进而求得激光雷达到相机的外参矩阵。

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