CN113256726A - 移动装置的传感系统的在线标定和检查方法、移动装置 - Google Patents

移动装置的传感系统的在线标定和检查方法、移动装置 Download PDF

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CN113256726A CN202010090630.8A CN202010090630A CN113256726A CN 113256726 A CN113256726 A CN 113256726A CN 202010090630 A CN202010090630 A CN 202010090630A CN 113256726 A CN113256726 A CN 113256726A
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Abstract

本申请公开了一种移动装置的传感系统的在线标定和在线检查方法、移动装置，所述移动装置的传感系统的在线标定方法包括：以目标设备为基体确定靶标，其中所述目标设备的设置位置固定；通过待标定的传感系统中的各个传感器获取所述靶标的特征数据，以采集标定数据；其中，所述传感系统设置在所述移动装置上；基于所述标定数据，确定所述传感系统中的各个传感器的坐标系之间相对位置关系。本申请的移动装置的传感系统的在线标定方法，通过以目标设备为基体确定靶标，再通过采集标定数据，可以实现传感系统及时准确地在线标定，有助于提高移动装置的运行稳定性和安全性，且标定成本低，标定效率高。

Description

移动装置的传感系统的在线标定和检查方法、移动装置
技术领域
本申请属于传感系统的标定技术领域，具体而言，涉及一种移动装置的传感系统的在线标定方法、在线检查方法、移动装置。
背景技术
移动装置(比如移动机器人、无人驾驶汽车、有人驾驶汽车等装置)中，自主定位导航和避障是其落地产品化的关键。相关技术中的移动装置，均是设计包括相机和雷达的传感系统，来感知环境。其中相机可以为移动装置(提供周围环境的丰富的纹理信息，用于场景的识别以及车体的运动估计；雷达可以为移动装置提供周围环境的准确的三维场景信息，用于场景的辅助识别，移动装置的运动估计以及障碍物的实时检测。
传感系统的各个传感器(相机和雷达)之间的外参标定是传感器融合的前提，只有获取到准确的外参，才能做好两种不同类型传感器之间的信息融合，才能让移动装置有更强的环境感知能力。
相关技术中，传感系统的各个传感器之间的外参标定大多是在实验室或者工厂组装阶段的离线标定，需要搭建特定的标定场景(特定的标定靶标，特定的运动轨迹)，而且标定流程一般较为复杂，需要耗费大量的人力物力财力。
由于移动装置的工作场景一般较为复杂多变，碰撞或长期的机械振动等外力因素容易导致各个传感器之间的相对位置关系发生变化，新的位置关系必然导致错误的环境感知信息，致使移动装置丧失正确的环境感知能力。离线标定技术未考虑到传感器的位置改变带来的影响，难以适用于移动装置的长期使用。
相关技术中的在线标定技术，主要依赖于外部环境的特征提取，对环境信息有较高的要求。一般需要周围环境比较空旷，且有较强纹理信息的结构化环境，用来保证相机和雷达各自轨迹的精度。换言之，相关技术中的在线标定技术需要选取特定的环境，然后将移动装置特意移动到该环境中进行标定，且外部环境信息容易出现变动或者标定条件不满足的情况，容易导致无效的外参标定结果。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请的一个目的在于提出一种移动装置的传感系统的在线标定方法。
第一方面，根据本申请实施例的移动装置的传感系统的在线标定方法，包括：以目标设备为基体确定靶标，其中所述目标设备的设置位置固定；通过待标定的传感系统中的各个传感器获取所述靶标的特征数据，以采集标定数据；其中，所述传感系统设置在所述移动装置上；基于所述标定数据，确定所述传感系统中的各个传感器的坐标系之间相对位置关系。
在一些实施例中，所述以目标设备为基体确定靶标，包括：以所述目标设备为基体，确定靶标区域；在所述靶标区域内，确定靶标控制点的数目和分布位置。
在一些实施例中，所述待标定的传感系统根据所述靶标采集标定数据，包括：确定所述移动装置运动至邻近所述目标设备的设定区域；基于所述移动装置在所述设定区域内的多个位置分别停留设定时间，通过所述传感系统中的各个传感器获取所述靶标的特征数据，以采集所述标定数据。
在一些实施例中，所述基于所述标定数据，确定所述传感系统中的各个传感器的坐标系之间相对位置关系，包括：基于所述标定数据，确定所述靶标所在平面在各个所述传感器的坐标系中的平面法向量，以及各个所述传感器的坐标系中原点到所述靶标所在平面的距离；基于确定出的所述平面法向量和所述距离，确定各个所述传感器的坐标系之间的旋转矩阵和平移矩阵；基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵，确定所述各个传感器的坐标系之间相对位置关系。
在一些实施例中，所述传感系统中的各个传感器包括至少一个相机和至少一个雷达，所述通过待标定的传感系统中的各个传感器获取所述靶标的特征数据，以采集标定数据，包括：通过各个所述相机分别采集所述靶标的图像信息；通过各个所述雷达分别采集所述靶标的点源信息。
在一些实施例中，所述基于所述标定数据，确定所述靶标所在平面在各个所述传感器的坐标系中的平面法向量，以及各个所述传感器的坐标系中原点到所述靶标所在平面的距离，包括：基于所述图像信息，确定所述靶标所在平面在各个所述相机的相机坐标系中的第一平面法向量，和各个所述相机坐标系中原点到所述靶标所在平面的第一距离；基于所述点源信息，确定所述靶标所在平面在各个所述雷达的雷达坐标系中的第二平面法向量，和各个所述相机坐标系中原点到所述靶标所在平面的第二距离；所述基于确定出的所述平面法向量和所述距离，确定各个所述传感器的坐标系之间的旋转矩阵和平移矩阵，包括：基于确定出的所述第一平面法向量、所述第一距离、所述第二平面法向量和所述第二距离，确定各个所述相机坐标系和各个所述雷达坐标系之间的旋转矩阵和平移矩阵。
在一些实施例中，所述基于所述图像信息，确定所述靶标所在平面在各个所述相机的相机坐标系中的第一平面法向量，和各个所述相机坐标系中原点到所述靶标所在平面的第一距离，包括：基于所述图像信息，确定所述靶标的特征点；基于所述特征点，确定所述靶标的靶标坐标系与所述相机的相机坐标系的相对位置关系；基于所述靶标的靶标坐标系与所述相机的相机坐标系的相对位置关系，确定所述靶标在所述相机坐标系的第一空间平面方程；基于所述第一空间平面方程，确定所述第一平面法向量和所述相机坐标系中原点到所述第一空间平面方程的第一距离；所述基于所述点源信息，确定所述靶标所在平面在各个所述雷达的雷达坐标系中的第二平面法向量，和各个所述相机坐标系中原点到所述靶标所在平面的第二距离，包括：基于所述点源信息，确定所述靶标在所述雷达的雷达坐标系的第二空间平面方程；基于所述第二空间平面方程，确定所述第二平面法向量和所述雷达坐标系中原点到所述第二空间平面方程的第二距离。
在一些实施例中，所述移动装置的传感系统的在线标定方法，还包括：通过所述传感系统中的各个传感器获取所述靶标的特征数据，以采集检查数据；基于所述检查数据和确定出的所述各个传感器的坐标系之间相对位置关系，确定所述相对位置关系的检查结果。
第二方面，本申请还公开了一种移动装置，包括：传感系统，用于根据以目标设备为基体确定靶标采集标定数据；标定单元，用于基于所述标定数据，确定所述传感系统中的各个传感器的坐标系之间相对位置关系。
第三方面，本申请还公开了一种移动装置的传感系统的在线检查方法，包括：以目标设备为基体确定靶标，其中所述目标设备的设置位置固定；通过待检查的传感系统中的各个传感器获取所述靶标的特征数据，以采集检查数据；其中，所述传感系统设置在所述移动装置上；基于所述检查数据和预存在所述移动装置中的所述各个传感器的坐标系之间相对位置关系，确定所述相对位置关系的检查结果。
在一些实施例中，所述基于所述检查数据和预存在所述移动装置中的所述各个传感器的坐标系之间相对位置关系，确定所述相对位置关系的检查结果，包括：基于所述检查数据，确定所述靶标所在平面在各个所述传感器的坐标系中的空间平面方程；基于与任一传感器对应的所述空间平面方程，确定所述靶标所在平面在所述任一传感器的坐标系中的第一点云数据；根据所述任一传感器的坐标系与另一个传感器的坐标系的相对位置关系，将所述第一点云数据转换到所述另一个传感器的坐标系下，获得第二点云数据；获取所述第二点云数据中的任一点到所述另一个传感器的坐标系下所述靶标所在平面的距离；基于所述距离，确定所述相对位置关系的检查结果。
第四方面，本申请还公开了一种移动装置，包括：传感系统，用于根据以目标设备为基体确定的靶标采集检查数据；检查单元，用于基于所述检查数据和预存在所述移动装置中的所述传感系统的各个传感器的坐标系之间相对位置关系，确定所述相对位置关系的检查结果。
第五方面，本申请还公开了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述移动装置的传感系统的在线标定方法的步骤和/或上述任一种所述移动装置的传感系统的在线检查方法的步骤。
又一方面，本申请还公开了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述移动装置的传感系统的在线标定方法的步骤和/或上述任一种所述移动装置的传感系统的在线检查方法的步骤。
所述移动装置的传感系统的在线检查方法、所述移动装置、所述电子设备和所述可读存储介质与上述的移动装置的传感系统的在线标定方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例的移动装置的传感系统的在线标定方法的流程图；
图2为本申请实施例的移动装置的结构示意图；
图3为本申请实施例的移动装置的传感系统的在线检查方法的流程图；
图4为本申请实施例的移动装置的结构示意图；
图5为本申请实施例的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考图1描述根据本申请实施例的移动装置的传感系统的在线标定方法，该在线标定方法用于标定移动装置的传感系统中传感器的外参，其中传感系统的外参为传感系统的多个传感器之间的相对位置关系，且移动装置为电动移动装置，该移动装置可以为移动机器人或无人车等。
如图1所示，本申请实施例的移动装置的传感系统的在线标定方法包括：
步骤S100、以目标设备为基体确定靶标，其中目标设备的设置位置固定。
可以理解的是，本申请的在线标定方法的靶标为以目标设备为基体获得，目标设备可以位于该移动装置周期性会运动到的位置，将目标设备作为靶标的基体，可以确保靶标的稳定性，以有助于标定结果的稳定性。比如目标设备可以为充电桩，由于移动装置为电动移动装置，充电桩处为该移动装置的需要经常运动到的地方，将目标充电桩作为靶标的基体，可以确保靶标的稳定性，以有助于标定结果的稳定性。且标定时，无需特意绕去其他区域，相当于只需在充电时，顺道完成在线标定。为了描述方便，下面以目标设备为充电桩为例进行说明。
步骤S200、通过待标定的传感系统中的各个传感器获取靶标的特征数据，以采集标定数据；其中，传感系统设置在移动装置上。。
可以理解的是，待标定的传感系统包括多个传感器，当控制该移动装置移动到目标设备处时，可以控制这些传感器根据靶标采集标定数据。
步骤S300、基于标定数据，确定传感系统中的各个传感器的坐标系之间相对位置关系。
根据采集的标定数据，可以确定传感系统中的各个传感器的坐标系之间相对位置关系，从而实现传感系统的外参标定。
需要说明的是，该在线标定方法，在移动装置发车前或者充电运动过程中，一旦检测到传感系统的外参发生变化，或者下达周期性传感系统外参在线标定指令后，根据该方法即可在充电运动过程中快速完成传感系统外参在线标定任务，及时更新移动装置上的传感系统外参的标定结果，及时赋予移动装置准确感知环境的能力，节省大量人力物力财力的同时，也提高了移动装置的运行稳定性和安全性。
另一方面，该在线标定方法，在保证标定精度的同时，提高了标定的效率，充电过程作为移动装置日常的常规动作，保证了传感系统在线标定任务完成的成功率和时效性，免去了繁琐的标定场景的搭建。
本申请实施例的移动装置的传感系统的在线标定方法，通过以目标设备为基体确定靶标，再通过采集标定数据，可以实现传感系统及时准确地在线标定，有助于提高移动装置的运行稳定性和安全性，且标定成本低，标定效率高。
在一些实施例中，步骤S100、以目标设备为基体确定靶标，包括：步骤S110、以目标设备为基体，确定靶标区域；步骤S120、在靶标区域内，确定靶标控制点的数目和分布位置。
该目标设备可以为对应的移动装置经常去的充电桩，在实际的执行中，靶标控制点个数不少于16个，且需要挑选大小合适的充电桩，以使靶标平面的面积适合，靶标平面的尺寸不易过大，这样可以保证运动过程中传感器坐标系下的靶标平面提取的准确性，靶标平面的尺寸不易过小，以保证较近的传感器可以观测到更多的特征点。通过合理设计靶标，可以提高该在线标定方法标定结果的准确性。
在一些实施例中，步骤S200、待标定的传感系统根据靶标采集标定数据，包括：步骤S210、确定移动装置运动至邻近目标设备的设定区域；步骤S220、基于移动装置在设定区域内的多个位置分别停留设定时间，且通过传感系统中的各个传感器获取靶标的特征数据，以采集标定数据。
需要说明的是，一方面在进行数据采集时，需要使靶标处于传感器(相机)采集的图像的中心，以保证运动过程中传感器坐标系下的充电桩靶标平面提取的准确性，特别是对于传感器为大视野的鱼眼镜头时，更要确保靶标处于传感器(相机)采集的图像的中心。另一方面，在进行数据采集时，在充电运动过程中的每个传感系统的占位处(多个停留的位置)，需要让移动装置绝对静止设定时间以上，比如10s，以便于传感系统的静止姿态识别，保证图像数据和三维点云数据绝对时间同步。移动装置在设定区域内的多个位置停留以采集数据，对应多个传感器占位。
在一些实施例中，步骤S300、基于标定数据，确定传感系统中的各个传感器的坐标系之间相对位置关系，包括：步骤S310、步骤S320和步骤S330。
步骤S310、基于标定数据，确定靶标所在平面在各个传感器的坐标系中的平面法向量，以及各个传感器的坐标系中原点到靶标所在平面的距离。
传感系统中的各个传感器包括至少一个相机和至少一个雷达，通过待标定的传感系统中的各个传感器获取靶标的特征数据据，包括：通过各个相机分别采集靶标的图像信息；通过各个雷达分别采集靶标的点源信息，该点源信息可以为三维点数据。
步骤S310、基于标定数据，确定靶标所在平面在各个传感器的坐标系中的平面法向量，以及各个传感器的坐标系中原点到靶标所在平面的距离，包括：步骤S311和步骤S312。
步骤S311、基于图像信息，确定靶标所在平面在各个相机的相机坐标系中的第一平面法向量，和各个相机坐标系中原点到靶标所在平面的第一距离。
在一些实施例中，步骤S311、基于图像信息，确定靶标所在平面在各个相机的相机坐标系中的第一平面法向量，和各个相机坐标系中原点到靶标所在平面的第一距离，包括：基于图像信息，确定靶标的特征点；基于特征点，确定靶标的靶标坐标系与相机的相机坐标系的相对位置关系；基于靶标的靶标坐标系与相机的相机坐标系的相对位置关系，确定靶标在相机坐标系的第一空间平面方程；基于第一空间平面方程，确定第一平面法向量和相机坐标系中原点到第一空间平面方程的第一距离。
在实际的执行中，根据步骤S200、已经采集了包含充电桩靶标特征点的图像数据，可以利用的AprilTag识别算法提取靶标特征点。根据这些特征点，利用PnP算法求解出靶标坐标系和相机坐标系之间的相对位置关系，进而可以得到一个靶标平面在相机坐标系下的第一空间平面方程：
Acx+Bcy+Cc+Dc＝0
每一个靶标平面分别在相机坐标系下构成一组三维平面的约束关系，第一平面法向量nc以及相机坐标系的原点到第一空间平面方程的第一距离dc分别为：
Figure BDA0002383587180000071
需要说明的是，在利用PnP算法求取靶标平面和相机坐标系之间的相对位置关系之前，需要利用相机标定算法完成相机内参的标定，得到相机内参数矩阵：
Figure BDA0002383587180000072
其中fx为x方向的归一化焦距，fy为y方向的归一化焦距。(cx,cy)为主点像素坐标。
步骤S312、基于点源信息，确定靶标所在平面在各个雷达的雷达坐标系中的第二平面法向量，和各个相机坐标系中原点到靶标所在平面的第二距离。
步骤S312、基于点源信息，确定靶标所在平面在各个雷达的雷达坐标系中的第二平面法向量，和各个相机坐标系中原点到靶标所在平面的第二距离，包括：基于点源信息，确定靶标在雷达的雷达坐标系的第二空间平面方程；基于第二空间平面方程，确定第二平面法向量和雷达坐标系中原点到第二空间平面方程的第二距离。
在实际的执行中，可以利用PCL点云平面提取算法提取一个靶标平面在雷达坐标系下的第二空间平面方程：
Alx+Bly+Cl+Dl＝0
每一个靶标平面分别在雷达坐标系下构成一组三维平面的约束关系，第二平面法向量nt以及相机坐标系的原点到第二空间平面方程的第一距离dt分别为：
Figure BDA0002383587180000081
步骤S320、基于确定出的平面法向量和距离，确定各个传感器的坐标系之间的旋转矩阵和平移矩阵。
对于传感系统中的各个传感器包括至少一个相机和至少一个雷达的实施例，步骤S320、基于确定出的平面法向量和距离，确定各个传感器的坐标系之间的旋转矩阵和平移矩阵，包括：基于确定出的第一平面法向量、第一距离、第二平面法向量和第二距离，确定各个相机坐标系和各个雷达坐标系之间的旋转矩阵和平移矩阵。
在实际的执行中，将待标定的传感器之间外参用如下的变换矩阵T表示：
Figure BDA0002383587180000082
其中，RCL为相机坐标系变化到雷达坐标系的旋转矩阵，tCL为相机坐标系变化到雷达坐标系的平移矩阵。
根据三维空间内平面的旋转原理，可以得到如下对应关系：
Figure BDA0002383587180000083
即：
Figure BDA0002383587180000084
以上为一个多传感器(相机+雷达)占位下的靶标平面的法向量在相机坐标系和雷达坐标系下的约束关系，现有N个多传感器占位，即可得到N组这样的约束方程。
Figure BDA0002383587180000085
其中，
Figure BDA0002383587180000091
可得如下目标函数：
Figure BDA0002383587180000092
RCL为正交矩阵，满足如下正交矩阵性质：
RTR＝I3，amd det(R)＝1
根据上面的正交矩阵性质可以得到如下等价的目标函数：
Figure BDA0002383587180000093
根据经典的Orthogonal Procrustes problem求解算法，即可得到旋转矩阵RCL。
对于平移矩阵tCL，根据点到平面的距离对应性原理，已知变换前的平面单位法向量nc和距离dc，以及变换矩阵RCL，tCL，可以得到变换之后的坐标系原点到平面的距离为：
Figure BDA0002383587180000094
理论上应该有如下等式：
d′l＝dl
但由于实际测量误差的存在，理论计算的距离和实际测量距离并不完全相等，可以构建如下的目标优化函数：
Figure BDA0002383587180000095
利用最小二乘法算法，即可求解出变换矩阵中的平移向量tCL。
整个标定算法中，为了完成旋转矩阵RCL和平移向量tCL的求解，至少需要五组传感系统不同占位下的靶标平面在相机坐标系和雷达坐标系下的约束关系，即N＝5。当然，由于真实世界中不可避免的传感器测量误差的存在，为了获取更高的联合标定精度，N应该远远大于5，为了考虑标定效率，可以选取N＝20。
需要说明的是，为了获取更高的传感系统外参标定精度，在充电运动过程中，应该保证传感系统和充电桩靶标平面之间姿态分布的多样化，即靶标平面在传感各自坐标系下的平面方程应该满足多样性，这样才足够丰富的约束下，才来获取到高精度的传感系统外参标定结果。
步骤S330、基于旋转矩阵和平移矩阵，确定各个传感器的坐标系之间相对位置关系。
需要说明的是，如果是首次标定，则需要将标定结果保存到对应的位置，如果是检测到传感系统相对位置发生变化之后的重新标定，则需要将标定结果重新写入。
在一些实施例中，本发明实施例的移动装置的传感系统的在线标定方法，还包括如下步骤：
通过传感系统中的各个传感器获取靶标的特征数据，以采集检查数据；基于检查数据和确定出的各个传感器的坐标系之间相对位置关系，确定相对位置关系的检查结果。
其中，采集检查数据的具体实现方式可以参考上述标定方法中采集标定数据的实现方式。
基于检查数据和确定出的各个传感器的坐标系之间相对位置关系，确定相对位置关系的检查结果，可以包括如下步骤：
基于检查数据，确定靶标所在平面在各个传感器的坐标系中的空间平面方程。在实际的执行中，在采集了包含充电桩靶标特征点的检查数据，可以利用的AprilTag识别算法提取靶标特征点。根据这些特征点，利用PnP算法求解出靶标坐标系和相机坐标系之间的相对位置关系，进而可以得到一个靶标所在平面在相机坐标系下的第一空间平面方程：
Acx+Bcy+Cc+Dc＝0
利用PCL点云平面提取算法提取一个靶标所在平面在雷达坐标系下的空间平面方程：
Alx+Bly+Clz+Dl＝0
基于与任一传感器对应的空间平面方程，确定靶标所在平面在任一传感器的坐标系中的第一点云数据。
Pl＝{pl，i}＝{xl，i，yl，i，zl，i}
其中Pl为第一点云数据的集合，pl,i为靶标所在平面上任一点在该任一传感器的坐标系中的坐标，xl,i、yl,i和zl,i则是点pl,i的三维坐标，比如Pl可以为靶标所在平面在一个雷达传感器的坐标系中的点云数据。
根据该任一传感器的坐标系与另一个传感器的坐标系的相对位置关系，将第一点云数据转换到另一个传感器的坐标系下，获得第二点云数据。
需要说明的是，已知该任一传感器的坐标系与另一个传感器的坐标系的相对位置关系，该相对位置关系可以用外参矩阵TCL表示，
Figure BDA0002383587180000111
则将该任一传感器的坐标系下的第一点云数据转换到另一个传感器的坐标系，得到第二点云数据：
Figure BDA0002383587180000112
Figure BDA0002383587180000113
pc为第二点云数据中的任一点，xc、yc和zc则是三维值，对应地，第二点云数据的集合Pc为：
Pc＝{pc，i}＝{xc，i，yc，i，zc，i}
其中Pc为第二点云数据的集合，pc,i为靶标所在平面上任一点在该传感器的坐标系中的坐标，xc,i、yc,i和zc,i则是点pc,i的三维坐标，比如Pc可以为靶标所在平面在一个相机传感器的坐标系中的点云数据。
获取第二点云数据中的任一点到另一个传感器的坐标系下靶标所在平面的距离。根据点到平面的距离公式：
Figure BDA0002383587180000114
获得上述距离。
基于距离dc，确定相对位置关系的检查结果。
在实际的执行中，可确定转换得到的第二点云数据中的三维点云到另一个传感器的坐标系下充电桩靶标平面的距离。统计所有点的距离分布，并与预设阈值比较，如果小于预设阈值，则标定合格。
需要说明的是，上述步骤可以用于标定前的检查，如果检查出相对位置关系误差大，可以根据检查结果启动标定，也可以用于标定后的检查，如果检查出相对位置关系误差大，可以根据检查结果重新启动标定，或者上报检修。
综上所述，本申请中的传感系统的在线标定方法是移动装置充电运动过程中基于充电桩靶标特征来实现的，操作方便，可以完全自主在线完成整个标定过程，标定精度高，标定成功率高，标定任务周期可控，可以以较高的频率和任务响应时效性完成标定任务。该方法可以严格保证标定结果的准确性和成功率，规避了由于标定结果无效或者错误导致的安全事故的风险，极大保证了移动装置传感系统的数据可靠性，保障了移动装置的安全性能。
下面对本申请实施例提供的移动装置进行描述，下文描述的移动装置与上文描述的传感系统的在线标定方法可相互对应参照。
如图2所示，本申请实施例的移动装置包括：传感系统510和标定单元520。
其中，传感系统510，用于根据以目标设备为基体确定靶标采集标定数据；标定单元520，用于基于标定数据，确定传感系统中的各个传感器的坐标系之间相对位置关系。
在实际的执行中，传感系统510安装于移动装置的车体上，标定单元520可以集成于移动装置的控制中心。
下面参考图3描述本申请公开的移动装置的传感系统的在线检查方法。
该移动装置的传感系统的在线检查方法包括如下步骤：
步骤100、以目标设备为基体确定靶标，其中目标设备的设置位置固定。
可以理解的是，本申请的在线检查方法的靶标为以目标设备为基体获得，目标设备可以位于该移动装置周期性会运动到的位置，将目标设备作为靶标的基体，可以确保靶标的稳定性，以有助于检查结果的稳定性。比如目标设备可以为充电桩，由于移动装置为电动移动装置，充电桩处为该移动装置的需要经常运动到的地方，将目标充电桩作为靶标的基体，可以确保靶标的稳定性，以有助于检查结果的稳定性。且检查时，无需特意绕去其他区域，相当于只需在充电时，顺道完成在线检查。为了描述方便，下面以目标设备为充电桩为例进行说明。
在一些实施例中，步骤S100、以目标设备为基体确定靶标，包括：步骤S110、以目标设备为基体，确定靶标区域；步骤S120、在靶标区域内，确定靶标控制点的数目和分布位置。
该目标设备可以为对应的移动装置经常去的充电桩，在实际的执行中，靶标控制点个数不少于16个，且需要挑选大小合适的充电桩，以使靶标平面的面积适合，靶标平面的尺寸不易过大，这样可以保证运动过程中传感器坐标系下的靶标平面提取的准确性，靶标平面的尺寸不易过小，以保证较近的传感器可以观测到更多的特征点。通过合理设计靶标，可以提高该在线检查方法检查结果的准确性。
步骤200、通过待检查的传感系统中的各个传感器获取靶标的特征数据，以采集检查数据；其中，传感系统设置在移动装置上。
可以理解的是，待检查的传感系统包括多个传感器，当控制该移动装置移动到目标设备处时，可以控制这些传感器根据靶标采集检查数据。
步骤300、基于检查数据和预存在移动装置中的各个传感器的坐标系之间相对位置关系，确定相对位置关系的检查结果。
根据采集的检查数据，可以确定传感系统中的各个传感器的坐标系之间相对位置关系，从而实现传感系统的外参检查。
需要说明的是，该在线检查方法，在移动装置发车前或者充电运动过程中，一旦检测到传感系统的外参发生变化，或者下达周期性传感系统外参在线检查指令后，根据该方法即可在充电运动过程中快速完成传感系统外参在线检查任务，及时更新移动装置上的传感系统外参的检查结果，及时赋予移动装置准确感知环境的能力，节省大量人力物力财力的同时，也提高了移动装置的运行稳定性和安全性。
另一方面，该在线检查方法，在保证检查精度的同时，提高了检查的效率，充电过程作为移动装置日常的常规动作，保证了传感系统在线检查任务完成的成功率和时效性，免去了繁琐的检查场景的搭建。
本申请实施例的移动装置的传感系统的在线检查方法，通过以目标设备为基体确定靶标，再通过采集检查数据，可以实现传感系统及时准确地在线检查，有助于提高移动装置的运行稳定性和安全性，且检查成本低，检查效率高。
在一些实施例中，步骤300、基于检查数据和预存在移动装置中的各个传感器的坐标系之间相对位置关系，确定相对位置关系的检查结果，包括子步骤310至步骤350。
步骤310、基于检查数据，确定靶标所在平面在各个传感器的坐标系中的空间平面方程。
在实际的执行中，在采集了包含充电桩靶标特征点的检查数据，可以利用的AprilTag识别算法提取靶标特征点。根据这些特征点，利用PnP算法求解出靶标坐标系和相机坐标系之间的相对位置关系，进而可以得到一个靶标所在平面在相机坐标系下的第一空间平面方程：
Acx+Bcy+Cc+Dc＝0
利用PCL点云平面提取算法提取一个靶标所在平面在雷达坐标系下的空间平面方程：
Alx+Bly+Clz+Dl＝0
步骤320、基于与任一传感器对应的空间平面方程，确定靶标所在平面在任一传感器的坐标系中的第一点云数据。
Pl＝{pl，i}＝{xl，i，yl，i，zl，i}
其中Pl为第一点云数据的集合，pl,i为靶标所在平面上任一点在该任一传感器的坐标系中的坐标，xl,i、yl,i和zl,i则是点pl,i的三维坐标，比如Pl可以为靶标所在平面在一个雷达传感器的坐标系中的点云数据。
步骤330、根据任一传感器的坐标系与另一个传感器的坐标系的相对位置关系，将第一点云数据转换到另一个传感器的坐标系下，获得第二点云数据。
需要说明的是，已知该任一传感器的坐标系与另一个传感器的坐标系的相对位置关系，该相对位置关系可以用外参矩阵TCL表示，
Figure BDA0002383587180000141
则将该任一传感器的坐标系下的第一点云数据转换到另一个传感器的坐标系，得到第二点云数据：
Figure BDA0002383587180000142
Figure BDA0002383587180000143
pc为第二点云数据中的任一点，xc、yc和zc则是三维值，对应地，第二点云数据的集合Pc为：
Pc＝{pc，i}＝{xc，i，yc，i，zc，i}
其中Pc为第二点云数据的集合，pc,i为靶标所在平面上任一点在该传感器的坐标系中的坐标，xc,i、yc,i和zc,i则是点pc,i的三维坐标，比如Pc可以为靶标所在平面在一个相机传感器的坐标系中的点云数据。
步骤340、获取第二点云数据中的任一点到另一个传感器的坐标系下靶标所在平面的距离。
根据点到平面的距离公式：
Figure BDA0002383587180000144
获得上述距离。
步骤350、基于距离，确定相对位置关系的检查结果。
在实际的执行中，可确定转换得到的第二点云数据中的三维点云到另一个传感器的坐标系下充电桩靶标平面的距离。统计所有点的距离分布，并与预设阈值比较，如果小于预设阈值，则标定合格。
下面对本申请实施例提供的移动装置进行描述，下文描述的移动装置与上文描述的传感系统的在线检查方法可相互对应参照。
如图4所示，本申请实施例的移动装置包括：传感系统510和检查单元540。
传感系统510，用于根据以目标设备为基体确定的靶标采集检查数据；检查单元540，用于基于检查数据和预存在移动装置中的传感系统的各个传感器的坐标系之间相对位置关系，确定相对位置关系的检查结果。
在实际的执行中，传感系统510安装于移动装置的车体上，检查单元540可以集成于移动装置的控制中心。
图5示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行移动装置的传感系统的在线标定方法，该方法包括：以目标设备为基体确定靶标，其中所述目标设备的设置位置固定；通过待标定的传感系统中的各个传感器获取所述靶标的特征数据，以采集标定数据；其中，所述传感系统设置在所述移动装置上；基于所述标定数据，确定所述传感系统中的各个传感器的坐标系之间相对位置关系。
需要说明的是，本实施例中的电子设备在具体实现时可以为服务器，也可以为PC机，还可以为其他设备，只要其结构中包括如图5所示的处理器810、通信接口820、存储器830和通信总线840，其中处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信，且处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令以执行上述方法即可。本实施例不对电子设备的具体实现形式进行限定。
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
进一步地，本申请实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的移动装置的传感系统的在线标定方法，该方法包括：以目标设备为基体确定靶标，其中所述目标设备的设置位置固定；通过待标定的传感系统中的各个传感器获取所述靶标的特征数据，以采集标定数据；其中，所述传感系统设置在所述移动装置上；基于所述标定数据，确定所述传感系统中的各个传感器的坐标系之间相对位置关系。
另一方面，本申请实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的移动装置的传感系统的在线标定方法，该方法包括：以目标设备为基体确定靶标，其中所述目标设备的设置位置固定；通过待标定的传感系统中的各个传感器获取所述靶标的特征数据，以采集标定数据；其中，所述传感系统设置在所述移动装置上；基于所述标定数据，确定所述传感系统中的各个传感器的坐标系之间相对位置关系。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种移动装置的传感系统的在线标定方法，其特征在于，包括：
以目标设备为基体确定靶标，其中所述目标设备的设置位置固定；
通过待标定的传感系统中的各个传感器获取所述靶标的特征数据，以采集标定数据；其中，所述传感系统设置在所述移动装置上；
基于所述标定数据，确定所述传感系统中的各个传感器的坐标系之间相对位置关系。
2.根据权利要求1所述的移动装置的传感系统的在线标定方法，其特征在于，所述以目标设备为基体确定靶标，包括：
以所述目标设备为基体，确定靶标区域；
在所述靶标区域内，确定靶标控制点的数目和分布位置。
3.根据权利要求1所述的移动装置的传感系统的在线标定方法，其特征在于，所述待标定的传感系统根据所述靶标采集标定数据，包括：
确定所述移动装置运动至邻近所述目标设备的设定区域；
基于所述移动装置在所述设定区域内的多个位置分别停留设定时间，通过所述传感系统中的各个传感器获取所述靶标的特征数据，以采集所述标定数据。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的移动装置的传感系统的在线标定方法，其特征在于，所述基于所述标定数据，确定所述传感系统中的各个传感器的坐标系之间相对位置关系，包括：
基于所述标定数据，确定所述靶标所在平面在各个所述传感器的坐标系中的平面法向量，以及各个所述传感器的坐标系中原点到所述靶标所在平面的距离；
基于确定出的所述平面法向量和所述距离，确定各个所述传感器的坐标系之间的旋转矩阵和平移矩阵；
基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵，确定所述各个传感器的坐标系之间相对位置关系。
5.根据权利要求4所述的移动装置的传感系统的在线标定方法，其特征在于，所述传感系统中的各个传感器包括至少一个相机和至少一个雷达，所述通过待标定的传感系统中的各个传感器获取所述靶标的特征数据，以采集标定数据，包括：
通过各个所述相机分别采集所述靶标的图像信息；
通过各个所述雷达分别采集所述靶标的点源信息。
6.根据权利要求5所述的移动装置的传感系统的在线标定方法，其特征在于，
所述基于所述标定数据，确定所述靶标所在平面在各个所述传感器的坐标系中的平面法向量，以及各个所述传感器的坐标系中原点到所述靶标所在平面的距离，包括：基于所述图像信息，确定所述靶标所在平面在各个所述相机的相机坐标系中的第一平面法向量，和各个所述相机坐标系中原点到所述靶标所在平面的第一距离；基于所述点源信息，确定所述靶标所在平面在各个所述雷达的雷达坐标系中的第二平面法向量，和各个所述相机坐标系中原点到所述靶标所在平面的第二距离；
所述基于确定出的所述平面法向量和所述距离，确定各个所述传感器的坐标系之间的旋转矩阵和平移矩阵，包括：基于确定出的所述第一平面法向量、所述第一距离、所述第二平面法向量和所述第二距离，确定各个所述相机坐标系和各个所述雷达坐标系之间的旋转矩阵和平移矩阵。
7.根据权利要求6所述的移动装置的传感系统的在线标定方法，其特征在于，所述基于所述图像信息，确定所述靶标所在平面在各个所述相机的相机坐标系中的第一平面法向量，和各个所述相机坐标系中原点到所述靶标所在平面的第一距离，包括：基于所述图像信息，确定所述靶标的特征点；基于所述特征点，确定所述靶标的靶标坐标系与所述相机的相机坐标系的相对位置关系；基于所述靶标的靶标坐标系与所述相机的相机坐标系的相对位置关系，确定所述靶标在所述相机坐标系的第一空间平面方程；基于所述第一空间平面方程，确定所述第一平面法向量和所述相机坐标系中原点到所述第一空间平面方程的第一距离；
所述基于所述点源信息，确定所述靶标所在平面在各个所述雷达的雷达坐标系中的第二平面法向量，和各个所述相机坐标系中原点到所述靶标所在平面的第二距离，包括：基于所述点源信息，确定所述靶标在所述雷达的雷达坐标系的第二空间平面方程；基于所述第二空间平面方程，确定所述第二平面法向量和所述雷达坐标系中原点到所述第二空间平面方程的第二距离。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的移动装置的传感系统的在线标定方法，其特征在于，还包括：
通过所述传感系统中的各个传感器获取所述靶标的特征数据，以采集检查数据；
基于所述检查数据和确定出的所述各个传感器的坐标系之间相对位置关系，确定所述相对位置关系的检查结果。
9.一种移动装置，其特征在于，包括：
传感系统，用于根据以目标设备为基体确定的靶标采集标定数据；
标定单元，用于基于所述标定数据，确定所述传感系统中的各个传感器的坐标系之间相对位置关系。
10.一种移动装置的传感系统的在线检查方法，其特征在于，包括：
以目标设备为基体确定靶标，其中所述目标设备的设置位置固定；
通过待检查的传感系统中的各个传感器获取所述靶标的特征数据，以采集检查数据；其中，所述传感系统设置在所述移动装置上；
基于所述检查数据和预存在所述移动装置中的所述各个传感器的坐标系之间相对位置关系，确定所述相对位置关系的检查结果。
11.根据权利要求10所述的移动装置的传感系统的在线检查方法，其特征在于，所述基于所述检查数据和预存在所述移动装置中的所述各个传感器的坐标系之间相对位置关系，确定所述相对位置关系的检查结果，包括：
基于所述检查数据，确定所述靶标所在平面在各个所述传感器的坐标系中的空间平面方程；
基于与任一传感器对应的所述空间平面方程，确定所述靶标所在平面在所述任一传感器的坐标系中的第一点云数据；
根据所述任一传感器的坐标系与另一个传感器的坐标系的相对位置关系，将所述第一点云数据转换到所述另一个传感器的坐标系下，获得第二点云数据；
获取所述第二点云数据中的任一点到所述另一个传感器的坐标系下所述靶标所在平面的距离；
基于所述距离，确定所述相对位置关系的检查结果。
12.一种移动装置，其特征在于，包括：
传感系统，用于根据以目标设备为基体确定的靶标采集检查数据；
检查单元，用于基于所述检查数据和预存在所述移动装置中的所述传感系统的各个传感器的坐标系之间相对位置关系，确定所述相对位置关系的检查结果。
13.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-8中任一项和/或10-11中任一项所述移动装置的传感系统的在线标定方法的步骤。
14.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项和/或10-11中任一项所述移动装置的传感系统的在线标定方法的步骤。
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