CN114488093A - 激光雷达与车辆之间的外参标定方法、装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光雷达与车辆之间的外参标定方法、装置和电子设备，在获取到激光雷达扫描标定板得到的点云后，根据底板对应的第一反射点，指定侧面对应的第二反射点，确定顶面中心点坐标、每个侧面分别对应的侧面中心点坐标和底面拟合平面；确定顶面拟合平面和每个侧面拟合平面，结合底面拟合平面，确定标定板的多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值，根据该坐标值以及预先获取到的多个顶点在车辆坐标系下的坐标值，标定激光雷达与车辆之间的外参。该方式通过在标定板的底板和指定侧面设置反光材料，可以实现激光雷达的完全自动化标定，从而提高标定效率，并且，通过拟合平面确定多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值的方式，可以提高标定精度。

Description

激光雷达与车辆之间的外参标定方法、装置和电子设备

技术领域

本发明涉及自动驾驶技术领域，尤其是涉及一种激光雷达与车辆之间的外参标定方法、装置和电子设备。

背景技术

自动驾驶车辆对周围环境的感知需要通过激光雷达等各种传感器实现，激光雷达坐标系与车体坐标系之间的旋转平移等相对位置，需要通过外参标定方式获取。相关技术的一种外参标定方式中，可以先采用测量的方法得到激光雷达的平移量，再采用垂直的墙角调整激光雷达的旋转，该方式需要人工调整，标定效率较低，不适合批量生产，且标定精度难以量化验证；在另一种外参标定方式中，还可以采用圆形平面标定板，先拟合在激光雷达坐标系下的圆心坐标，再计算与车体坐标系圆心坐标的线性变换关系的方式标定激光雷达的外参，该方式中，由于激光点云是稀疏的，且当前激光雷达一般会有3cm的测距误差，所以圆盘边缘点并不是真的分布在一个标准的圆上，而大量的圆盘中心点对于拟合圆心不起作用，最终在拟合圆心的时候会产生较大误差，导致标定误差较大，标定精度较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光雷达与车辆之间的外参标定方法、装置和电子设备，以提高标定效率和标定精度。

本发明提供的一种激光雷达与车辆之间的外参标定方法，激光雷达设置在车辆上；方法包括：获取激光雷达扫描预设的标定板得到的点云；其中，标定板正对激光雷达设置；标定板包括正四棱台，以及正四棱台所在底板；底板的朝向激光雷达的一面设置有第一反光材料；朝向激光雷达的正四棱台的指定侧面设置有第二反光材料；根据点云中，底板对应的第一反射点，指定侧面对应的第二反射点，确定在激光雷达前视图坐标系下，正四棱台的顶面的顶面中心点坐标、每个侧面分别对应的侧面中心点坐标，以及在激光雷达坐标系下，底板对应的底面拟合平面；确定在激光雷达坐标系下，顶面中心点坐标对应的顶面拟合平面，每个侧面中心点坐标对应的侧面拟合平面；基于底面拟合平面、顶面拟合平面，以及多个侧面拟合平面，确定标定板的多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值；根据多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值，以及预先获取到的多个顶点在车辆坐标系下的坐标值，标定激光雷达与车辆之间的外参。

进一步的，根据点云中，底板对应的第一反射点，指定侧面对应的第二反射点，确定在激光雷达前视图坐标系下，正四棱台的顶面的顶面中心点坐标、每个侧面分别对应的侧面中心点坐标，以及底板对应的底面拟合平面的步骤包括：根据点云中，底板对应的第一反射点，计算在激光雷达前视图坐标系下，底板的底面中心点坐标，以及在激光雷达坐标系下，底板对应的底面拟合平面；其中，顶面中心点坐标与底面中心点坐标相同；根据点云中，指定侧面对应的第二反射点，计算在激光雷达前视图坐标系下，指定侧面的侧面中心点坐标；基于顶面中心点坐标和指定侧面的侧面中心点坐标，确定正四棱台的除指定侧面外的其他侧面分别对应的侧面中心点坐标。

进一步的，在激光雷达前视图坐标系下，正四棱台中，相对的两个侧面的中心点之间的连线互相垂直，且，顶面中心点位于每个连线的中点位置；基于顶面中心点坐标和指定侧面的侧面中心点坐标，确定正四棱台的除指定侧面外的其他侧面分别对应的侧面中心点坐标的步骤包括：根据顶面中心点坐标和指定侧面的侧面中心点坐标，确定与指定侧面相对的侧面的侧面中心点坐标；根据顶面中心点坐标，以及顶面中心点与指定侧面的侧面中心点之间的距离，确定正四棱台的其他两个侧面分别对应的侧面中心点坐标。

进一步的，确定在激光雷达坐标系下，顶面中心点坐标对应的顶面拟合平面，每个侧面中心点坐标对应的侧面拟合平面的步骤包括：获取顶面中心点坐标所在的第一特征点集合、每个侧面中心点坐标所在的第二特征点集合；对第一特征点集合中，每个特征点在激光雷达坐标系下的坐标值进行平面拟合，得到顶面拟合平面；对每个第二特征点集合中，每个特征点在激光雷达坐标系下的坐标值进行平面拟合，得到每个第二特征点集合对应的侧面拟合平面。

进一步的，获取顶面中心点坐标所在的第一特征点集合、每个侧面中心点坐标所在的第二特征点集合的步骤包括：按第一预设领域范围，获取包含顶面中心点坐标的第一特征点集合；其中，第一特征点集合中的每个特征点均共面；针对每个侧面中心点坐标，按第二预设领域范围，获取包含该侧面中心点坐标的第二特征点集合；其中，第二特征点集合中的每个特征点均共面。

进一步的，基于底面拟合平面、顶面拟合平面，以及多个侧面拟合平面，确定标定板的多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值的步骤包括：确定底面拟合平面、顶面拟合平面，以及多个侧面拟合平面中，相邻两个平面之间的交线，得到多个交线方程；基于多个交线方程，确定标定板的多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值。

进一步的，第一反射点有多个；底面中心点为底板的几何中心和/或多个第一反射点的重心。

进一步的，第二反射点有多个；第一中心点为指定侧面的几何中心和/或多个第二反射点的重心。

进一步的，第一反光材料和第二反光材料不同。

进一步的，多个顶点包括正四棱台的8个顶点。

进一步的，正四棱台的顶面设置有棋盘标识，用于标定车载摄像头与车辆之间的外参；底板采用金属材质，用于标定毫米波雷达与车辆之间的外参。

本发明提供的一种激光雷达与车辆之间的外参标定装置，激光雷达设置在车辆上；装置包括：获取模块，用于获取激光雷达扫描预设的标定板得到的点云；其中，标定板正对激光雷达设置；标定板包括正四棱台，以及正四棱台所在底板；底板的朝向激光雷达的一面设置有第一反光材料；朝向激光雷达的正四棱台的指定侧面设置有第二反光材料；第一确定模块，用于根据点云中，底板对应的第一反射点，指定侧面对应的第二反射点，确定在激光雷达前视图坐标系下，正四棱台的顶面的顶面中心点坐标、每个侧面分别对应的侧面中心点坐标，以及在激光雷达坐标系下，底板对应的底板拟合平面；第二确定模块，用于确定在激光雷达坐标系下，顶面中心点坐标对应的顶面拟合平面，每个侧面中心点坐标对应的侧面拟合平面；第三确定模块，用于基于底板拟合平面、顶面拟合平面，以及多个侧面拟合平面，确定标定板的多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值；标定模块，用于根据多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值，以及预先获取到的多个顶点在车辆坐标系下的坐标值，标定激光雷达与车辆之间的外参。

本发明提供的一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的机器可执行指令，处理器执行机器可执行指令以实现上述任一项的激光雷达与车辆之间的外参标定方法。

本发明提供的一种机器可读存储介质，机器可读存储介质存储有机器可执行指令，机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理器实现上述任一项的激光雷达与车辆之间的外参标定方法。

本发明提供的激光雷达与车辆之间的外参标定方法、装置和电子设备，在获取到激光雷达扫描预设的标定板得到的点云后，根据点云中，底板对应的第一反射点，指定侧面对应的第二反射点，确定在激光雷达前视图坐标系下，正四棱台的顶面的顶面中心点坐标、每个侧面分别对应的侧面中心点坐标，以及在激光雷达坐标系下，底板对应的底面拟合平面；确定在激光雷达坐标系下，顶面中心点坐标对应的顶面拟合平面，每个侧面中心点坐标对应的侧面拟合平面；基于底面拟合平面、顶面拟合平面，以及多个侧面拟合平面，确定标定板的多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值；根据多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值，以及预先获取到的多个顶点在车辆坐标系下的坐标值，标定激光雷达与车辆之间的外参。该方式通过在标定板的底板和指定侧面设置反光材料，可以实现激光雷达的完全自动化标定，从而提高标定效率，并且，通过拟合平面确定多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值的方式，可以提高标定精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种激光雷达与车辆之间的外参标定方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种标定板的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种标定板位置示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种标定板位置示意图；

图5为本发明实施例提供的一种标定板在激光雷达前视图坐标系下的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种激光雷达与车辆之间的外参标定装置的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。

自动驾驶车辆对周围环境的感知需要通过激光雷达、摄像头、毫米波等传感器实现，各传感器与车体以及各传感器之间的相对位置，包括平移和旋转，需要通过外参标定方法获取。

外参标定的核心工作就是找到多个位置计算出传感器坐标系与车辆坐标系之间的转换关系。常见的外参标定方法一般是不同类型的传感器分别标定，例如，摄像头外参标定方法通常采用张正友标定法；毫米波雷达通常采用金属角反作为标定参照，激光雷达由于点云的稀疏性质，无法保证激光点扫描到特定位置，通常采用平面或多个相交平面作为标定参照物。多数标定方法不能实现多传感器的联合标定，只能各传感器分开标定，然后通过坐标转换统一到一个坐标系，这样容易出现误差累积。

目前，激光雷达的标定通常有以下几种方式：1、采用测量的方法得到激光雷达的平移量，采用垂直的墙角调整激光雷达的旋转，该方式不能实现自动标定，需要人工调整，不适合批量生产，且精度难以量化验证。2、采用圆形平面标定板，拟合圆心的传感器坐标，计算与车体坐标系圆心坐标的线性变换关系，该方式中，由于激光点云是稀疏的，且当前技术的激光雷达一般都会有3cm的测距误差，所以圆盘边缘点并不是真的分布在一个标准的圆上，而大量的圆盘中心点对于拟合圆心不起作用，最终在拟合圆心的时候会产生较大误差，导致标定误差。3、采用正交多平面标定板，根据不同平面点云拟合出相交点的传感器坐标，计算与车体坐标系下该点的线性变换关系；4、采用四棱锥形标定板，计算方法与方式3类似。

采用方式3和方式4虽然可以通过相交平面拟合出一个交点，标定精度较高且多平面可以相互校验，但是每块标定板最终只能确定一个参考点。对于有6个自由度的传感器，默认两个坐标系都是右手坐标系的条件下，至少需要三个点才能确定两个坐标系的转换关系，如果考虑到测量误差则需要更多的点来回归、校验。这就需要多个标定板才能实现一个激光雷达的标定，对标定板消耗较多。另外，相关技术中的很多自动标定算法中，第一步都需要人工选择参考点，或者在自动选择参考点前需要人工选择一个区域，不能实现输入点云、输出标定参数的端到端完全自动化。

基于此，本发明实施例提供了一种激光雷达与车辆之间的外参标定方法、装置和电子设备，该技术可以应用于对激光雷达与车辆之间的外参标定中。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种激光雷达与车辆之间的外参标定方法进行详细介绍；该方法中，激光雷达设置在车辆上；该激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统；该车辆可以是带挂货车等不同车型；如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，获取激光雷达扫描预设的标定板得到的点云；其中，标定板正对激光雷达设置；标定板包括正四棱台，以及正四棱台所在底板；底板的朝向激光雷达的一面设置有第一反光材料；朝向激光雷达的正四棱台的指定侧面设置有第二反光材料。

上述标定板是一种用于外参标定的辅助工具，一般为有特殊形状和纹理贴纸的板子，但不局限于板子，也可以是其他立体形状。上述点云可以理解为通过激光雷达扫描得到的标定板外观表面的点数据集合，该标定板通常正对激光雷达放置；如图2所示的一种标定板的示意图，假设将标定板平放于地面，则图2(a)为标定板的俯视图，图2(b)为标定板的主视图、后视图、左视图或右视图；该标定板可以设计为一个平底四棱凸台，该平底四棱凸台的大小可以根据场地具体设置，正四棱台的四个斜面之一可以张贴有第二反光材料，底板的朝向激光雷达的一面张贴有第一反光材料，通过第一反光材料和第二反光材料可以用于激光雷达选择点云和确定标定板朝向，通常正四棱台的四条竖棱(即四个斜面中，相邻两个斜面相交的棱)和八条横棱(即正四棱台的顶面与四个斜面分别相交的四条棱，以及正四棱台的四个斜面与底板分别相交的四条棱)全部着色以便于全站仪选择顶点，其中，全站仪也可以称为全站型电子测距仪，是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。

在实际实现时，当需要确定激光雷达与车辆之间的外参时，通常需要先对场地进行布置，具体的，场地需要可以停入一辆带挂货车，如果条件不允许，可以只停挂车头；要求地面水平，至少停车位置水平。参见图3所示的一种标定板位置示意图，可以在车辆附近放置多个标定板，比如，带挂货车上设置有八个激光雷达，可以在每个激光雷达正对的位置设置一个标定板等，其中，虚线的位置可以放标定板，也可以不放标定板。参见图4所示的另一种标定板位置示意图，由于车头的上面和底面通常都会设置有激光雷达，因此，可以在车头前放置两个标定板，上下各一个，比如，下面的标定板可以放在地面上，上面的标定板在三四米高的位置等。

为保证车辆位置符合要求，需要在停车位置配置限位器和摆正器，限位器可采用停车位常见的抵住车轮的铁棍或其他材质装置，限位器是为了限定车辆前后平移，摆正器是为了限定车辆左右平移和yaw角，上下平移忽略，pith和roll角通过地面水平控制。

具体测量步骤如下：针对车辆首次测量，某种车型的首次测量需要将车辆停在摆正器上，前轮距离限位器留几厘米距离。启动摆正器，调整角度，摆正车辆。车辆摆正后再次向前移动车辆，卡住限位器。用全站仪测量车辆后轴中心点在场地坐标系下的位置，可以采用铅锤将后轴中心投影到地面测量地面点的位置，再手工测量车轮半径。针对车辆批量测量，如上一步停好车辆，启动所有传感器，同时采集并记录一小段(约10秒)数据(包括点云、图像、毫米波数据)。在布置好场地后，可以获取激光雷达扫描预设的标定板得到的点云。

步骤S104，根据点云中，底板对应的第一反射点，指定侧面对应的第二反射点，确定在激光雷达前视图坐标系下，正四棱台的顶面的顶面中心点坐标、每个侧面分别对应的侧面中心点坐标，以及在激光雷达坐标系下，底板对应的底面拟合平面。

由于底板的朝向激光雷达的一面张贴有第一反光材料，上述第一反射点可以是张贴有第一反光材料的底面所对应的底面高反射点，该第一反射点通常有多个；由于上述指定侧面张贴有第二反光材料，上述第二反射点可以是张贴有第二反光材料的侧面所对应的侧面高反射点，该第二反射点通常有多个；上述激光雷达前视图坐标系可以理解为在激光雷达前视图视角下的二维坐标系；上述激光雷达坐标系为三维坐标系；在实际实现时，可以根据第一反射点和第二反射点，确定上述顶面中心点坐标、每个侧面中心点坐标，还可以确定在激光雷达坐标系下，底板对应的底面拟合平面。

参见图5所示的一种标定板在激光雷达前视图坐标系下的示意图，其中，O点为顶面和底面的共同中心，A、B、C、D四个点分别为四个侧面的中心，在激光雷达前视图视角下，标定板的底板为正方形，正四棱台的顶面和底面均为正方形。

步骤S106，确定在激光雷达坐标系下，顶面中心点坐标对应的顶面拟合平面，每个侧面中心点坐标对应的侧面拟合平面。

比如，可以选取与顶面中心点共面的部分特征点，基于这些特征点在激光雷达坐标系下的坐标，确定顶面拟合平面；分别选取与每个侧面中心点共面的部分特征点，基于这些特征点在激光雷达坐标系下的坐标，确定每个侧面拟合平面等。

步骤S108，基于底面拟合平面、顶面拟合平面，以及多个侧面拟合平面，确定标定板的多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值。

上述多个顶点可以是正四棱台的八个顶点；在实际实现时，可以基于获取到的底面拟合平面、顶面拟合平面，以及多个侧面拟合平面，确定标定板的多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值，比如，可以确定相邻的两个拟合平面的交线，得到多个交线方程，根据相交的交线方程，可以确定相交的交点坐标值，即相应的顶点坐标值等。

步骤S110，根据多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值，以及预先获取到的多个顶点在车辆坐标系下的坐标值，标定激光雷达与车辆之间的外参。

上述多个顶点在车辆坐标系下的坐标值可以预先通过下述方式获取，为方便说明，以多个顶点为正四棱台的八个顶点为例，需要用全站仪测量出每个标定板的八个顶点在全站仪坐标系下的坐标值，再根据全站仪坐标系与场地坐标系的转换关系，将测量出的八个顶点的坐标值换算到场地坐标系下，再根据场地坐标系与车辆坐标系的转换关系，将换算到场地坐标系下的八个顶点的坐标值换算到车辆坐标系下，得到八个顶点在车辆坐标系下的坐标值，一般建议将场地坐标系的原点建在车辆后轴中心地面投影处。具体的转换方式可以参考相关技术，在此不再赘述。

上述外参可以理解为外部参数，区别于单个传感器的内部参数。外参是指传感器之间或传感器与车辆坐标系的旋转平移关系。在用于自动驾驶的传感器标定中，标定是指获取传感器外参的过程。当确定标定板的多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值后，可以根据该坐标值与预先获取到的多个顶点在车辆坐标系下的坐标值，确定激光雷达与车辆之间的外参，即激光雷达与车辆之间的坐标转换关系。

上述激光雷达与车辆之间的外参标定方法，在获取到激光雷达扫描预设的标定板得到的点云后，根据点云中，底板对应的第一反射点，指定侧面对应的第二反射点，确定在激光雷达前视图坐标系下，正四棱台的顶面的顶面中心点坐标、每个侧面分别对应的侧面中心点坐标，以及在激光雷达坐标系下，底板对应的底面拟合平面；确定在激光雷达坐标系下，顶面中心点坐标对应的顶面拟合平面，每个侧面中心点坐标对应的侧面拟合平面；基于底面拟合平面、顶面拟合平面，以及多个侧面拟合平面，确定标定板的多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值；根据多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值，以及预先获取到的多个顶点在车辆坐标系下的坐标值，标定激光雷达与车辆之间的外参。该方式通过在标定板的底板和指定侧面设置反光材料，可以实现激光雷达的完全自动化标定，从而提高标定效率，并且，通过拟合平面确定多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值的方式，可以提高标定精度。

本发明实施例还提供了另一种激光雷达与车辆之间的外参标定方法，该方法在上述实施例方法的基础上实现；该方法中，在激光雷达前视图坐标系下，正四棱台中，相对的两个侧面的中心点之间的连线互相垂直，且，顶面中心点位于每个连线的中点位置；如图5所示，AC与BD垂直，且O是AC和BD的中点；该方法包括如下步骤：

步骤202，获取激光雷达扫描预设的标定板得到的点云；其中，标定板正对激光雷达设置；标定板包括正四棱台，以及正四棱台所在底板；底板的朝向激光雷达的一面设置有第一反光材料；朝向激光雷达的正四棱台的指定侧面设置有第二反光材料。

上述第一反光材料和第二反光材料不同，在实际实现时，为了有效区分底板对应的第一反射点和指定侧面对应的第二反射点，可以在底面和指定侧面张贴不同反射强度的高反材料，根据反射强度区分底面和指定侧面；如果两面的反射强度接近无法区分，还可以采用RANSAC(Random Sample Consensus，随机抽样一致)算法拟合底平面，该方法的前提是底面点占比超过75％。

正四棱台的顶面设置有棋盘标识，用于标定车载摄像头与车辆之间的外参；底板采用金属材质，用于标定毫米波雷达与车辆之间的外参。具体的，如图2所示，可以在正四棱台的中央部位张贴棋盘用于车载摄像头与车辆之间的外参标定，正四棱台通常采用非金属材质，底板可以采用不锈钢等金属材质，用于毫米波雷达与车辆之间的外参标定。车载摄像头和毫米波雷达的标定计算方法，可参考相关技术实现，在此不再赘述。该方式可以通过一个标定板实现激光雷达、毫米波雷达和车载摄像头的联合标定。

步骤204，根据点云中，底板对应的第一反射点，计算在激光雷达前视图坐标系下，底板的底面中心点坐标，以及在激光雷达坐标系下，底板对应的底面拟合平面；其中，顶面中心点坐标与底面中心点坐标相同。

上述第一反射点通常有多个；底面中心点为底板的几何中心和/或多个第一反射点的重心。如图5所示，该底面中心点O可以是底板的几何中心，也可以是多个第一反射点的点云重心，该底面中心点O的坐标为激光雷达前视图坐标系下的二维坐标。

步骤206，根据点云中，指定侧面对应的第二反射点，计算在激光雷达前视图坐标系下，指定侧面的侧面中心点坐标；

上述第二反射点有多个；指定侧面的侧面中心点为指定侧面的几何中心和/或多个第二反射点的重心。如图5所示，假设指定侧面为中心点A所在侧面，则该中心点A可以是指定侧面的几何中心，也可以是多个第二反射点的点云重心，该指定侧面的侧面中心点坐标为激光雷达前视图坐标系下的二维坐标。

步骤208，基于顶面中心点坐标和指定侧面的侧面中心点坐标，确定正四棱台的除指定侧面外的其他侧面分别对应的侧面中心点坐标。

该步骤208具体可以通过下述步骤一至步骤二实现：

步骤一，根据顶面中心点坐标和指定侧面的侧面中心点坐标，确定与指定侧面相对的侧面的侧面中心点坐标。

步骤二，根据顶面中心点坐标，以及顶面中心点与指定侧面的侧面中心点之间的距离，确定正四棱台的其他两个侧面分别对应的侧面中心点坐标。

继续参见图5，假设指定侧面为中心点A所在侧面，在确定顶面中心点坐标和指定侧面的侧面中心点坐标后，由于AC与BD垂直，且O是AC和BD的中点，可以根据对称关系，计算与A相对的C点坐标，根据AO之间的距离，可以计算B点坐标和D点坐标，其中，计算出的每个中心点坐标均为激光雷达前视图坐标系下的二维坐标。

步骤210，获取顶面中心点坐标所在的第一特征点集合、每个侧面中心点坐标所在的第二特征点集合。

该步骤210具体可以通过以下步骤三至步骤四实现：

步骤三，按第一预设领域范围，获取包含顶面中心点坐标的第一特征点集合；其中，第一特征点集合中的每个特征点均共面。

步骤四，针对每个侧面中心点坐标，按第二预设领域范围，获取包含该侧面中心点坐标的第二特征点集合；其中，第二特征点集合中的每个特征点均共面。

上述第一预设领域范围和第二预设领域范围可以根据标定板实际大小进行设置；如图5所示，分别在O、A、B、C、D五个点周围适当邻域内选择点集SO、SA、SB、SC、SD，需要说明的是，在设置领域半径确定每个邻域范围时，需要使该邻域范围内的所有点均共面。

步骤212，对第一特征点集合中，每个特征点在激光雷达坐标系下的坐标值进行平面拟合，得到顶面拟合平面。

具体的，可以根据点集SO中，每个特征点在激光雷达坐标系下的坐标值进行平面拟合，得到顶面拟合平面。

步骤214，对每个第二特征点集合中，每个特征点在激光雷达坐标系下的坐标值进行平面拟合，得到每个第二特征点集合对应的侧面拟合平面。

具体的，可以根据点集SA中，每个特征点在激光雷达坐标系下的坐标值进行平面拟合，得到中心点A对应的侧面拟合平面；可以根据点集SB中，每个特征点在激光雷达坐标系下的坐标值进行平面拟合，得到中心点B对应的侧面拟合平面；可以根据点集SC中，每个特征点在激光雷达坐标系下的坐标值进行平面拟合，得到中心点C对应的侧面拟合平面；可以根据点集SD中，每个特征点在激光雷达坐标系下的坐标值进行平面拟合，得到中心点D对应的侧面拟合平面。至此，计算得到了激光雷达坐标系下的标定板的六个平面方程。

步骤216，确定底面拟合平面、顶面拟合平面，以及多个侧面拟合平面中，相邻两个平面之间的交线，得到多个交线方程。

步骤218，基于多个交线方程，确定标定板的多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值。

上述多个顶点可以包括标定板的八个顶点。在实际实现时，根据计算得到的六个平面方程，计算相邻两个平面的交线方程，可以得到十二条交线方程，即，正四棱台的顶面分别与四个斜面之间的交线，四个斜面中每相邻连个斜面之间的交线，四个斜面分别与底面的交线。根据十二条交线方程，通过计算相交的交线方程的交点，可以计算出标定板的八个顶点，即正四棱台的八个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值。

步骤220，根据多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值，以及预先获取到的多个顶点在车辆坐标系下的坐标值，标定激光雷达与车辆之间的外参。

以多个顶点为八个顶点为例，可以根据八个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值，以及预先获取到的八个顶点在车辆坐标系下的坐标值，计算激光雷达坐标系与车辆坐标系的坐标转换关系，该坐标转换关系即上述激光雷达与车辆之间的外参。

作为另一种替换方式，上述标定板的正四棱台是以凸台为例，实际使用过程中可以改为凹台，即将标定板翻转过来，凹面朝向车辆，所有高反材料和棋盘格都张贴于凹面内。注意采用凹面时，底面金属板材不能覆盖整个底面，应当留出中心方形空洞。

上述方式基于固定场地，设计了一种针对多种车型不同传感器的通用静态外参标定方法。主要思路是固定标定板位置，固定车辆放置位置，通过激光雷达、摄像头、毫米波等传感器采集标定板点云、图像、回播等信息，换算出各传感器相对自车的位置。

该方式在每个激光雷达点云中分别选择标定板每个平面的部分点，拟合出所在平面，由此计算出相邻两平面交线，根据交线计算出每个标定板的八个顶点，即该方式可以通过一块标定板为激光雷达提供8个准确的参考点，具体是指凸台(或凹台)的8个顶点。保证每个激光雷达视野内至少有六个以上顶点，由此计算出激光雷达相对自车后轴中心的标定外参。通过一个标定板为激光雷达提供多个准确参考点，可以减少对标定板的使用，节省材料。而普通圆形标定板或锥形标定板只能提供1个参考点。

另外，该方式可以通过一块标定板实现激光雷达、毫米波雷达、车载摄像头的联合标定，具体来说，平底凸台(或凹台)中，塑料材料凸台(或凹台)用来标定激光雷达、金属材料的平底用来标定毫米波雷达、凸台(或凹台)中心的棋盘格用来标定车载摄像头。

该方式还通过标定板的高反光材料分布，实现标定过程的自动选点和标定板朝向的自动判断，进而实现激光雷达端到端的完全自动化标定。具体来说平底处所贴的高反材料用来定位标定板的位置，只需在激光雷达点云的前视图中选出高反点以及高反点内部的所有点即可选出标定板的所有点云；凸台(或凹台)的一个侧面贴有高反材料，可用来确定标定板的朝向，进而区分八个参考点的位置；通过八个参考点的传感器坐标，结合这八个参考点的车体坐标(可以是世界坐标、标定间坐标，这些坐标之间的关系都是固定的，可以相互转化)，可以直接计算出激光雷达的外参标定。

该方式通过多个点拟合一个平面，通过相交的两个平面计算一条直线，通过相交的直线计算一个点，重复上述步骤共得到八个参考点在传感器坐标系中的坐标，相比较直接找到点(由于点云稀疏一般找不到)或者通过圆面拟合圆心得到参考点要更精确，且可以通过第三条直线来验算两条直线的交点计算是否准确，进一步提高了外参标定的准确性。

本发明实施例提供了一种激光雷达与车辆之间的外参标定装置，如图6所示，该装置包括：激光雷达设置在车辆上；装置包括：

获取模块60，用于获取激光雷达扫描预设的标定板得到的点云；其中，标定板正对激光雷达设置；标定板包括正四棱台，以及正四棱台所在底板；底板的朝向激光雷达的一面设置有第一反光材料；朝向激光雷达的正四棱台的指定侧面设置有第二反光材料；

第一确定模块61，用于根据点云中，底板对应的第一反射点，指定侧面对应的第二反射点，确定在激光雷达前视图坐标系下，正四棱台的顶面的顶面中心点坐标、每个侧面分别对应的侧面中心点坐标，以及在激光雷达坐标系下，底板对应的底板拟合平面；

第二确定模块62，用于确定在激光雷达坐标系下，顶面中心点坐标对应的顶面拟合平面，每个侧面中心点坐标对应的侧面拟合平面；

第三确定模块63，用于基于底板拟合平面、顶面拟合平面，以及多个侧面拟合平面，确定标定板的多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值；

标定模块64，用于根据多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值，以及预先获取到的多个顶点在车辆坐标系下的坐标值，标定激光雷达与车辆之间的外参。

上述激光雷达与车辆之间的外参标定装置，在获取到激光雷达扫描预设的标定板得到的点云后，根据点云中，底板对应的第一反射点，指定侧面对应的第二反射点，确定在激光雷达前视图坐标系下，正四棱台的顶面的顶面中心点坐标、每个侧面分别对应的侧面中心点坐标，以及在激光雷达坐标系下，底板对应的底面拟合平面；确定在激光雷达坐标系下，顶面中心点坐标对应的顶面拟合平面，每个侧面中心点坐标对应的侧面拟合平面；基于底面拟合平面、顶面拟合平面，以及多个侧面拟合平面，确定标定板的多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值；根据多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值，以及预先获取到的多个顶点在车辆坐标系下的坐标值，标定激光雷达与车辆之间的外参。该装置通过在标定板的底板和指定侧面设置反光材料，可以实现激光雷达的完全自动化标定，从而提高标定效率，并且，通过拟合平面确定多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值的方式，可以提高标定精度。

进一步的，第一确定模块还用于：根据点云中，底板对应的第一反射点，计算在激光雷达前视图坐标系下，底板的底面中心点坐标，以及在激光雷达坐标系下，底板对应的底面拟合平面；其中，顶面中心点坐标与底面中心点坐标相同；根据点云中，指定侧面对应的第二反射点，计算在激光雷达前视图坐标系下，指定侧面的侧面中心点坐标；基于顶面中心点坐标和指定侧面的侧面中心点坐标，确定正四棱台的除指定侧面外的其他侧面分别对应的侧面中心点坐标。

进一步的，在激光雷达前视图坐标系下，正四棱台中，相对的两个侧面的中心点之间的连线互相垂直，且，顶面中心点位于每个连线的中点位置；第一确定模块还用于：根据顶面中心点坐标和指定侧面的侧面中心点坐标，确定与指定侧面相对的侧面的侧面中心点坐标；根据顶面中心点坐标，以及顶面中心点与指定侧面的侧面中心点之间的距离，确定正四棱台的其他两个侧面分别对应的侧面中心点坐标。

进一步的，第二确定模块还用于：获取顶面中心点坐标所在的第一特征点集合、每个侧面中心点坐标所在的第二特征点集合；对第一特征点集合中，每个特征点在激光雷达坐标系下的坐标值进行平面拟合，得到顶面拟合平面；对每个第二特征点集合中，每个特征点在激光雷达坐标系下的坐标值进行平面拟合，得到每个第二特征点集合对应的侧面拟合平面。

进一步的，第二确定模块还用于：按第一预设领域范围，获取包含顶面中心点坐标的第一特征点集合；其中，第一特征点集合中的每个特征点均共面；针对每个侧面中心点坐标，按第二预设领域范围，获取包含该侧面中心点坐标的第二特征点集合；其中，第二特征点集合中的每个特征点均共面。

进一步的，第三确定模块还用于：确定底面拟合平面、顶面拟合平面，以及多个侧面拟合平面中，相邻两个平面之间的交线，得到多个交线方程；基于多个交线方程，确定标定板的多个顶点在激光雷达坐标系下的坐标值。

进一步的，第一反射点有多个；底面中心点为底板的几何中心和/或多个第一反射点的重心。

进一步的，第二反射点有多个；第一中心点为指定侧面的几何中心和/或多个第二反射点的重心。

进一步的，第一反光材料和第二反光材料不同。

进一步的，多个顶点包括正四棱台的8个顶点。

进一步的，正四棱台的顶面设置有棋盘标识，用于标定车载摄像头与车辆之间的外参；底板采用金属材质，用于标定毫米波雷达与车辆之间的外参。

本发明实施例所提供的激光雷达与车辆之间的外参标定装置，其实现原理及产生的技术效果和前述激光雷达与车辆之间的外参标定方法实施例相同，为简要描述，激光雷达与车辆之间的外参标定装置实施例部分未提及之处，可参考前述激光雷达与车辆之间的外参标定方法实施例中相应内容。

本发明实施例还提供了一种电子设备，参见图7所示，该电子设备包括处理器130和存储器131，该存储器131存储有能够被处理器130执行的机器可执行指令，该处理器130执行机器可执行指令以实现上述激光雷达与车辆之间的外参标定方法。

进一步地，图7所示的电子设备还包括总线132和通信接口133，处理器130、通信接口133和存储器131通过总线132连接。

其中，存储器131可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口133(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。总线132可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图7中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

处理器130可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器130中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器130可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器131，处理器130读取存储器131中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器调用和执行时，该机器可执行指令促使处理器实现上述激光雷达与车辆之间的外参标定方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

本发明实施例所提供的激光雷达与车辆之间的外参标定方法、装置和电子设备的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所述功能如果以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，本发明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)执行本发明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。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种激光雷达与车辆之间的外参标定方法，其特征在于，所述激光雷达设置在所述车辆上；所述方法包括：

获取所述激光雷达扫描预设的标定板得到的点云；其中，所述标定板正对所述激光雷达设置；所述标定板包括正四棱台，以及所述正四棱台所在底板；所述底板的朝向所述激光雷达的一面设置有第一反光材料；朝向所述激光雷达的所述正四棱台的指定侧面设置有第二反光材料；

根据所述点云中，所述底板对应的第一反射点，所述指定侧面对应的第二反射点，确定在激光雷达前视图坐标系下，所述正四棱台的顶面的顶面中心点坐标、每个侧面分别对应的侧面中心点坐标，以及在激光雷达坐标系下，所述底板对应的底面拟合平面；

确定在所述激光雷达坐标系下，所述顶面中心点坐标对应的顶面拟合平面，每个所述侧面中心点坐标对应的侧面拟合平面；

基于所述底面拟合平面、所述顶面拟合平面，以及多个所述侧面拟合平面，确定所述标定板的多个顶点在所述激光雷达坐标系下的坐标值；

根据所述多个顶点在所述激光雷达坐标系下的坐标值，以及预先获取到的所述多个顶点在车辆坐标系下的坐标值，标定所述激光雷达与车辆之间的外参。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述点云中，所述底板对应的第一反射点，所述指定侧面对应的第二反射点，确定在激光雷达前视图坐标系下，所述正四棱台的顶面的顶面中心点坐标、每个侧面分别对应的侧面中心点坐标，以及所述底板对应的底面拟合平面的步骤包括：

根据所述点云中，所述底板对应的第一反射点，计算在激光雷达前视图坐标系下，所述底板的底面中心点坐标，以及在激光雷达坐标系下，所述底板对应的底面拟合平面；其中，所述顶面中心点坐标与所述底面中心点坐标相同；

根据所述点云中，所述指定侧面对应的第二反射点，计算在所述激光雷达前视图坐标系下，所述指定侧面的侧面中心点坐标；

基于所述顶面中心点坐标和所述指定侧面的侧面中心点坐标，确定所述正四棱台的除所述指定侧面外的其他侧面分别对应的侧面中心点坐标。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在激光雷达前视图坐标系下，所述正四棱台中，相对的两个侧面的中心点之间的连线互相垂直，且，顶面中心点位于每个连线的中点位置；

所述基于所述顶面中心点坐标和所述指定侧面的侧面中心点坐标，确定所述正四棱台的除所述指定侧面外的其他侧面分别对应的侧面中心点坐标的步骤包括：

根据所述顶面中心点坐标和所述指定侧面的侧面中心点坐标，确定与所述指定侧面相对的侧面的侧面中心点坐标；

根据所述顶面中心点坐标，以及顶面中心点与指定侧面的侧面中心点之间的距离，确定所述正四棱台的其他两个侧面分别对应的侧面中心点坐标。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定在激光雷达坐标系下，所述顶面中心点坐标对应的顶面拟合平面，每个所述侧面中心点坐标对应的侧面拟合平面的步骤包括：

获取所述顶面中心点坐标所在的第一特征点集合、每个所述侧面中心点坐标所在的第二特征点集合；

对所述第一特征点集合中，每个特征点在激光雷达坐标系下的坐标值进行平面拟合，得到顶面拟合平面；

对每个所述第二特征点集合中，每个特征点在激光雷达坐标系下的坐标值进行平面拟合，得到每个所述第二特征点集合对应的侧面拟合平面。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，获取所述顶面中心点坐标所在的第一特征点集合、每个所述侧面中心点坐标所在的第二特征点集合的步骤包括：

按第一预设领域范围，获取包含所述顶面中心点坐标的第一特征点集合；其中，所述第一特征点集合中的每个特征点均共面；

针对每个侧面中心点坐标，按第二预设领域范围，获取包含该侧面中心点坐标的第二特征点集合；其中，所述第二特征点集合中的每个特征点均共面。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述底面拟合平面、所述顶面拟合平面，以及多个所述侧面拟合平面，确定所述标定板的多个顶点在所述激光雷达坐标系下的坐标值的步骤包括：

确定所述底面拟合平面、所述顶面拟合平面，以及多个所述侧面拟合平面中，相邻两个平面之间的交线，得到多个交线方程；

基于多个所述交线方程，确定所述标定板的多个顶点在所述激光雷达坐标系下的坐标值。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一反射点有多个；底面中心点为所述底板的几何中心和/或多个所述第一反射点的重心。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二反射点有多个；第一中心点为所述指定侧面的几何中心和/或多个所述第二反射点的重心。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一反光材料和所述第二反光材料不同。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个顶点包括所述正四棱台的8个顶点。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述正四棱台的顶面设置有棋盘标识，用于标定车载摄像头与所述车辆之间的外参；

所述底板采用金属材质，用于标定毫米波雷达与所述车辆之间的外参。

12.一种激光雷达与车辆之间的外参标定装置，其特征在于，所述激光雷达设置在所述车辆上；所述装置包括：

获取模块，用于获取所述激光雷达扫描预设的标定板得到的点云；其中，所述标定板正对所述激光雷达设置；所述标定板包括正四棱台，以及所述正四棱台所在底板；所述底板的朝向所述激光雷达的一面设置有第一反光材料；朝向所述激光雷达的所述正四棱台的指定侧面设置有第二反光材料；

第一确定模块，用于根据所述点云中，所述底板对应的第一反射点，所述指定侧面对应的第二反射点，确定在激光雷达前视图坐标系下，所述正四棱台的顶面的顶面中心点坐标、每个侧面分别对应的侧面中心点坐标，以及在激光雷达坐标系下，所述底板对应的底板拟合平面；

第二确定模块，用于确定在所述激光雷达坐标系下，所述顶面中心点坐标对应的顶面拟合平面，每个所述侧面中心点坐标对应的侧面拟合平面；

第三确定模块，用于基于所述底板拟合平面、所述顶面拟合平面，以及多个所述侧面拟合平面，确定所述标定板的多个顶点在所述激光雷达坐标系下的坐标值；

标定模块，用于根据所述多个顶点在所述激光雷达坐标系下的坐标值，以及预先获取到的所述多个顶点在车辆坐标系下的坐标值，标定所述激光雷达与车辆之间的外参。

13.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现权利要求1-11任一项所述的激光雷达与车辆之间的外参标定方法。

14.一种机器可读存储介质，其特征在于，所述机器可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现权利要求1-11任一项所述的激光雷达与车辆之间的外参标定方法。

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