CN115598624A - 一种激光雷达的标定方法、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种激光雷达的标定方法、装置及设备。该方法包括：通过相机阵列，获得标定板在激光雷达发射探测光束时的多个参考图像，其中，在不同的参考图像中标定板与激光雷达之间的距离不同，标定板位于激光雷达和相机阵列的共同视野范围内，标定板能够相对于激光雷达平移；根据多个参考图像，确定探测光束在相机坐标系中的第一位姿信息和标定板在相机坐标中的第二位姿信息；根据第二位姿信息和第三位姿信息，确定相机坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵；根据第一位姿信息和转换矩阵，获得激光雷达的校正后参数。在本申请中，避免旋转机构的精度受限而影响标定精度，提高标定精度。

Description

一种激光雷达的标定方法、装置及设备

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达的标定方法、装置及设备。

背景技术

激光雷达是一种目标探测技术。使用激光作为信号光源，通过向目标对象发射激光，从而采集目标对象的反射信号，以此获得目标对象的方位、速度等信息。激光雷达具有测量精度高、抗干扰能力强等优点，广泛应用于遥感、测量、智能驾驶、机器人等领域。

目前，激光雷达在生产安装的过程中不可避免的存在角度偏差的问题。那么，为了保证激光雷达的精准度，需要对激光雷达的参数(如内参)进行标定。采用的主要方法是：将激光雷达设置于一旋转机构上，由旋转机构带动激光雷达旋转。通过实时获得旋转过程中的激光雷达在标定板处的点云数据以及旋转机构的旋转角度，以此实现对激光雷达的角度进行标定校正。

但是，由于旋转机构本身精度有限，存在标定精度低的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种激光雷达的标定方法、装置及设备，以提高激光雷达的标定精度。

第一方面，本申请提供了一种激光雷达的标定方法，该方法可以应用于激光雷达的标定设备。该方法可以包括：通过相机阵列，获得标定板在激光雷达发射探测光束时的多个参考图像，其中，在不同的参考图像中标定板与激光雷达之间的距离不同，标定板位于激光雷达和相机阵列的共同视野范围内，标定板能够相对于激光雷达平移；根据多个参考图像，确定探测光束在相机坐标系中的第一位姿信息和标定板在相机坐标中的第二位姿信息；根据第二位姿信息和第三位姿信息，确定相机坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵，第三位姿信息为标定板在世界坐标系中的位姿信息；根据第一位姿信息和转换矩阵，获得激光雷达的校正后参数。

在一些可能的实施方式中，根据多个参考图像，确定探测光束在相机坐标系中的第一位姿信息，包括：在多个参考图像中确定标定板上光斑的位置，光斑是探测光束照射在标定板上形成的；根据光斑的位置，确定第一位姿信息。

在一些可能的实施方式中，在多个参考图像中确定标定板上光斑的位置，包括：获得每一个参考图像中光斑的像素坐标；根据光斑的位置，确定第一位姿信息，包括：将每一个参考图像中光斑的像素坐标映射至相机坐标系，以得到各个光斑的第一坐标；将各个光斑的第一坐标进行拟合，以确定第一位姿信息。

在一些可能的实施方式中，根据多个参考图像，确定标定板在相机坐标系中的第二位姿信息，包括：获得多个参考图像中标定板上的参考点的位置；根据参考点的位置，确定第二位姿信息。

在一些可能的实施方式中，获得多个参考图像中标定板上的参考点的位置，包括：获得每一个参考图像中参考点的像素坐标；根据参考点的位置，确定第二位姿信息，包括：将参考点的像素坐标映射至相机坐标系，以得到参考点的第二坐标；将同一参考图像中位于同一直线上不同参考点的第二坐标进行拟合，以确定标定板对应的第一方向向量；将不同参考图像中同一参考点的第二坐标进行拟合，以确定标定板对应的第二方向向量；根据第一方向向量和第二方向向量，确定第二位姿信息。

在一些可能的实施方式中，在根据第二位姿信息和第三位姿信息，确定相机坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵之前，方法还包括：获得标定板在世界坐标系中的第三位姿信息。

在一些可能的实施方式中，第三位姿信息包括：标定板在世界坐标系中的第三方向向量和第四方向向量，第三方向向量垂直于标定板的平移方向，第四方向向量平行于标定板的平移方向。

在一些可能的实施方式中，根据第一位姿信息和转换矩阵，获得激光雷达的校正后参数，包括：通过转换矩阵，获得第一位姿信息在世界坐标系中对应的第四位姿信息。

第二方面，本申请提供了一种激光雷达的标定装置，该标定装置可以为激光雷达的标定系统中的标定设备或者标定设备中的芯片或者片上系统，还可以为标定设备中用于实现上述各个实施例所述的方法的功能模块。该标定装置可以实现上述各实施例中标定设备所执行的功能，这些功能可以通过硬件执行相应的软件实现。这些硬件或软件包括一个或多个上述功能相应的模块。激光雷达的标定设备可以包括：获得模块，用于通过相机阵列，获得标定板在激光雷达发射探测光束时的多个参考图像，其中，在不同的参考图像中标定板与激光雷达之间的距离不同，标定板位于激光雷达和相机阵列的共同视野范围内，标定板能够相对于激光雷达平移；第一确定模块，用于根据多个参考图像，确定探测光束在相机坐标系中的第一位姿信息和标定板在相机坐标中的第二位姿信息；第二确定模块，用于根据第二位姿信息和第三位姿信息，确定相机坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵，第三位姿信息为标定板在世界坐标系中的位姿信息；校正模块，用于根据第一位姿信息与转换矩阵，获得激光雷达的校正后参数。

在一些可能的实施方式中，第一确定模块，用于：在多个参考图像中确定标定板上光斑的位置，光斑是探测光束照射在标定板上形成的；根据光斑的位置，确定第一位姿信息。

在一些可能的实施方式中，第一确定模块，用于：获得每一个参考图像中光斑的像素坐标；将每一个参考图像中光斑的像素坐标映射至相机坐标系，以得到各个光斑的第一坐标；将各个光斑的第一坐标进行拟合，以确定第一位姿信息。

在一些可能的实施方式中，第一确定模块，用于：获得多个参考图像中标定板上的参考点的位置；根据参考点的位置，确定第二位姿信息。

在一些可能的实施方式中，第一确定模块，用于：获得每一个参考图像中参考点的像素坐标；将参考点的像素坐标映射至相机坐标系，以得到参考点的第二坐标；将同一参考图像中位于同一直线上不同参考点的第二坐标进行拟合，以确定标定板对应的第一方向向量；将不同参考图像中同一参考点的第二坐标进行拟合，以确定标定板对应的第二方向向量；根据第一方向向量和第二方向向量，确定第二位姿信息。

在一些可能的实施方式中，获得模块，还用于：在第二确定模块确定转换矩阵之前，获得标定板在世界坐标系中的第三位姿信息。

在一些可能的实施方式中，第三位姿信息包括：标定板在世界坐标系中的第三方向向量和第四方向向量，第三方向向量平行于标定板的平移方向，第四方向向量垂直于标定板的平移方向。

在一些可能的实施方式中，校正模块，用于：通过转换矩阵，获得第一位姿信息在世界坐标系中对应的的第四位姿信息。

第三方面，本申请提供一种激光雷达的标定系统，包括：固定件、相机阵列、标定板以及标定设备；其中，固定件，用于固定待标定的激光雷达；所述相机阵列，用于采集如上述第一方面及其可能的实施方式所述的多个参考图像；所述标定板，用于接收待标定的激光雷达发射的探测光束，以形成光斑；所述标定设备，用于执行如上述第一方面及其可能的实施方式所述的方法。

第四方面，本申请提供一种激光雷达的标定设备，包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，与存储器相连，用于通过执行计算机可执行指令，并能够实现如第一方面及其可能的实施方式所述的方法。

第五方面，本申请提供一种计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令被处理器执行后，能够实现如第一方面及其可能的实施方式所述的方法。

本申请实施例提供的技术方案与现有技术相比存在的有益效果是：

在本申请中，在激光雷达的标定过程中，根据相机阵列所采集的标定板在激光雷达发射探测光束时的多个参考图像，将探测光束由相机坐标系映射至世界坐标系来对激光雷达进行标定，以避免旋转机构的精度限制而影响标定精度，从而提高标定精度、缩短测试时长，进而提高测试效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请的保护范围。

附图说明

图1为相关技术中的一种激光雷达的标定系统的结构示意图；

图2为本申请实施例中另一种激光雷达的标定系统的结构示意图；

图3为本申请实施例中的一种标定板的示意图；

图4为本申请实施例中的一种激光雷达的标定方法的实施流程示意图；

图5为本申请实施例中的一种相机坐标系的示意图；

图6为本申请实施例中的另一种相机坐标系的示意图；

图7为本申请实施例中的一种激光雷达的标定装置的结构示意图；

图8为本申请实施例中的一种激光雷达的标定设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

激光雷达(light detection and ranging，LiDAR)使用激光作为信号光源，通过向目标对象发射激光，从而采集目标对象的反射信号，以此获得目标对象的方位、速度等信息。激光雷达具有测量精度高、抗干扰能力强等优点。广泛应用于遥感、测量、智能驾驶、机器人等领域。

由于激光雷达在生产安装的过程中不可避免的存在角度偏差的问题。那么，为了保证激光雷达的精准度，需要对激光雷达的参数(如内参和/或外参)进行标定。图1为相关技术中的一种激光雷达的标定系统的结构示意图，参见图1所示，对激光雷达进行标定采用的主要方法是：将待标定的激光雷达11固定于旋转机构12上，标定板13设置于待标定的激光雷达11的视野内。在旋转机构12带动待标定的激光雷达11沿预设方向14(如顺时针或逆时针)旋转时，实时获得待标定的激光雷达11在标定板13处的点云数据，以及实时获得旋转机构12的旋转角度。根据点云数据和旋转角度对待标定的激光雷达11进行标定。在上述标定方法中，通过将旋转机构作为更加准确的坐标系，实现对待标定激光雷达的参数(如角度数据)进行标定校正。但是，由于旋转机构本身精度有限，使得激光雷达的标定精度受到影响，存在精度较低的问题。进一步的，通过上述方法进行标定，为了达到较高的标定精度，需要采集较多的点云数据，可见还存在耗时长，效率低的问题。

为了解决上述问题，本申请实施例提供一种激光雷达的标定方法，该方法可以应用于一激光雷达的标定系统。

图2为本申请实施例中另一种激光雷达的标定系统的结构示意图，参见图2所示，该标定系统20可以包括：相机阵列22(以双目相机阵列为例)、标定板23以及标定设备24。其中，相机阵列22与固定件保持处于一相对位置，如相机阵列22设置于待标定的激光雷达30的上方、后方等。相机阵列22与待标定的激光雷达30存在共同视野范围；标定板23设置于上述共同视野范围内，标定板23能够相对于固定件沿着第一方向平移，改变标定板23与待标定的激光雷达30之间的距离。示例性的，标定板23垂直于第一方向设置。标定设备24用于控制待标定的激光雷达30发射探测光束、控制标定板23平移，以及根据探测光束对待标定的激光雷达30进行标定。

在实际应用中，激光雷达标定系统中还可以包括固定件，用于固定待标定的激光雷达30；另外，固定件还可以放置于一平整稳定的测试平台上，以确保在标定过程中，待标定的激光雷达不被外力干扰。

进一步地，相机阵列22可以为双目相机，相机阵列22可以稳定固定在测试平台上。当然，相机阵列22还可以通过其他方式固定。为了实现更高精度还可以增加相机数量，本申请实施例对此不作具体限定。需要说明的是，相机阵列22中的各个相机的参数可以完全一致，也可以部分一致。

示例性的，仍参见图2所示，当相机阵列22为双目相机阵列时，相机阵列22可以设置于待标定的激光雷达30的后上方，并朝向标定板23，以采集包含标定板23的多个参考图像。

可选的，上述相机阵列22中的相机可以为可见光相机、红外相机等。

可选的，上述标定板23可以为棋盘格板。示例性的，图3为本申请实施例中的一种标定板的示意图，参见图3所示，标定板23由相间设置的黑色方格和白色方格组成，其中，黑色方格与白色方格尺寸相同，所有方格尺寸一致。在一实施例中，黑色方格与白色方格的交点可以记为参考点231。当然，标定板23还可以为圆形标定板，本申请实施例对此不作具体限定。

需要说明的是，标定板23上的参考点还可以为标定板上位于同一直线上的多个点，如以标定板的任意一点为起点且位于同一竖直线上的多个点。应理解的，标定板上参考点的数量可以为大于或者等于2的整数，本申请实施例对此不作具体限定。

可选的，上述标定系统20还可以包括可控制的步进电机，标定板23设置于步进电机上，能够带动标定板23沿着第一方向平移。示例性的，参见图2所示，标定板23可以平移至位置A(如距离固定件200mm)、位置B(如距离固定件250mm)以及位置C(如距离固定件300mm)。当标定板位于不同位置时，标定板23与激光雷达30之间的距离不同。

可选的，上述标定设备24可以在物理上单独设置，也可以在物理上与相机阵列22中的任一个相机合设。标定设备24可以是个人电脑、PC机或者移动终端等，在本实施例中不作具体限定。

在实际应用中，为了保证每台激光雷达有统一的坐标系，不同的激光雷达都可以采用上述标定系统进行标定。

示例性的，仍参考图2所示，激光雷达30固定于固定件，固定件水平放置在测试平台上，标定板23(即棋盘格板)垂直于测试平台的表面。标定板23的平移方向(即第一方向)垂直于激光雷达30结构后表面301，即与激光雷达上与发射光束的发射方向相背的表面。

下面结合上述标定系统的结构，对本申请实施例提供的激光雷达的标定方法进行说明。

图4为本申请实施例中的一种激光雷达的标定方法的实施流程示意图，参见图4所示，上述标定方法可以包括：

S401，通过相机阵列，获得标定板在激光雷达发射探测光束时的多个参考图像；

其中，在不同的参考图像中标定板与激光雷达之间的距离不同，标定板位于激光雷达和相机阵列的共同视野范围内，标定板能够相对于激光雷达平移。

可以理解的，在待标定的激光雷达固定于固定件之后，标定设备可以控制激光雷达发射探测光束，并控制标定板相对于激光雷达平移。那么，当探测光束照射在处于不同位置的标定板上时，可以形成不同的光斑。此时，标定设备可以控制相机阵列分别在标定板处于不同位置时采集标定板的图像，即多个参考图像；也可以由相机阵列采集多个参考图像后，发送给标定设备。在不同的参考图像中，标定板上的光斑的位置不同。示例性的，标定板可以如图2所示分别位于3个不同的位置，相机阵列则可以采集3个参考图像，即标定板位于位置A时的参考图像、标定板位于位置B时的参考图像以及标定板位于位置C时的参考图像。

S402，根据多个参考图像，确定探测光束在相机坐标系中的第一位姿信息和标定板在相机坐标中的第二位姿信息。

可以理解的，标定设备在通过S401获得多个参考图像后，可以分别确定探测光束在相机坐标系中的第一位姿信息以及标定板在相机坐标系中的第二位姿信息。

在一实施例中，标定设备可以从多个参考图像中确定探测光束在标定板上形成的光斑的位置(也就是光斑在图像坐标系统中的位置)。然后，标定设备可以根据光斑在图像坐标系中的位置确定探测光束在相机坐标系中的位姿信息，即第一位姿信息。可选的，标定设备可以获得每一个参考图像中光斑的像素坐标(即二维坐标)。然后，标定设备根据相机的内部参数(如焦距、主点的位置、像素与真实环境的大小比例等)，将不同参考图像中的光斑的像素坐标映射至相机坐标系中，以得到各个光斑在相机坐标系中的第一坐标(即三维坐标)。最后，标定设备将各个光斑的第一坐标进行拟合，以得到探测光束在相机坐标系中的第一位姿信息。

示例性的，图5为本申请实施例中的一种相机坐标系的示意图，参见图5所示，标定设备获得在不同参考图像的图像坐标系中光斑的像素坐标(即二维坐标)，如(x1，y1)、(x2，y2)和(x3，y3)；标定设备将这些像素坐标映射至相机坐标系，可以得到在相机坐标系中不同参考图像中的光斑对应的第一坐标(即三维坐标)，如(x1'，y1'，z1')、(x2'，y2'，z2')和(x3'，y3'，z3')；标定设备将这些第一坐标进行拟合，可以得到用于表示探测光束的三维方向向量D1，即第一位姿信息。

在实际应用中，相机的内部参数通过相机校准得到。当然，还可以采用其他方式获得相机的内部参数，本申请实施例对此不作具体限定。

在另一实施例中，标定设备可以从多个参考图像中确定标定板上至少一个参考点的位置(也就是各个参考点在图像坐标系统中的位置)。然后，标定设备可以根据各个参考点在图像坐标系中的位置确定标定板在相机坐标系中的位姿信息，即第二位姿信息。可选的，标定设备可以获得每一个参考图像中每一个参考点的像素坐标(即二维坐标)。然后，标定设备根据相机的内部参数(如焦距、主点的位置、像素与真实环境的大小比例等)，将不同参考图像中的各个参考点的像素坐标映射至相机坐标系中，以得到各个参考点在相机坐标系中的第二坐标(即三维坐标)。接下来，标定设备可以将同一参考图像中标定板上位于同一直线上的不同参考点的第二坐标进行拟合，以得到标定板对应的第一方向向量(也就是标定板的标定面上的第一方向向量)；以及标定设备可以将不同参考图像中标定板上的同一参考点的第二坐标进行拟合，以得到标定板对应的第二方向向量(也就是标定板的标定面上的第二方向向量)。

示例性的，图6为本申请实施例中的另一种相机坐标系的示意图，参见图6所示，标定设备获得每个参考图像中的3个参考点(a、b和c)的像素坐标，如(x1a，y1a)、(x1b，y1b)、(x1c，y1c)、(x2a，y2a)、(x2b，y2b)、(x2c，y2c)、(x3a，y3a)、(x3b，y3b)和(x3c，y3c)；标定设备将这9个像素坐标映射至相机坐标系，可以得到对应的第二坐标，如(x1a'，y1a'，z1a')、(x1b'，y1b'，z1b')、(x1c'，y1c'，z1c')、(x2a'，y2a'，z2a')、(x2b'，y2b'，z2b')、(x2c'，y2c'，z2c')、(x3a'，y3a'，z3a')、(x3b'，y3b'，z3b')和(x3c'，y3c'，z3c')；标定设备将任意一个参考图像中的3个参考点的第二坐标(如(x1a'，y1a'，z1a')、(x1b'，y1b'，z1b')和(x1c'，y1c'，z1c'))进行拟合，以得到标定板对应的第一方向向量D2，以及将任意一个参考点在3个参考图像中的第二坐标(如(x1b'，y1b'，z1b')、(x2b'，y2b'，z2b')和(x3b'，y3b'，z3b'))进行拟合，以得到标定板对应的第二方向向量D3。这里，D2和D3共同描述标定板在相机坐标系中的第二位姿信息。

可选的，D2可以垂直于D3。D3平行于标定板的平移方向(即第一方向)。

需要说明的是，标定设备可以采用其他方式确定第一位姿信息和第二位姿信息，本申请实施例对此不作具体限定。

S403，根据第二位姿信息以及标定板在世界坐标系中的第三位姿信息，确定相机坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵。

可选的，第三位姿信息可以包括：垂直于标定板的平移方向第三方向向量(可以记为D2')和平行于标定板的平移方向的第四方向向量(可以记为D3')。示例性的，D2'＝[0,1,0]，D3'＝[0,0,1]。

在一实施例中，在S403之前，标定设备可以先获得标定板在世界坐标系中的第三位姿信息。应理解的，标定系统中相机阵列、固定件以及标定板的相对位置是固定的。那么，对于标定设备来说，第三位姿信息是已知的。示例性的，标定设备可以将世界坐标系的Z轴方向向量确定为上述第三方向向量，将世界坐标系的Y轴方向向量确定为上述第四方向向量。

在一些可能的实施方式中，为了实现对不同激光雷达的统一标定，使得各个激光雷达有统一的坐标系，在标定系统中可以采用世界坐标系来表征雷达坐标系，也可以理解为世界坐标系与雷达坐标系是等同的。当然，在其他实施例中，世界坐标系和雷达坐标系之间还可以设置一预设转换矩阵，此时，该预设转换矩阵为1。

在一些可能实施方式中，上述S403可以通过公式(1)实现。

其中，D2为标定板在相机坐标系中的第一方向向量，D3为标定板在相机坐标系中的第二方向向量，D2'为标定板在世界坐标系中的第四方向向量，D3'为标定板在相机坐标系中的第二方向向量，R为相机坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵。

可以理解的，标定设备可以按照上述公式(1)计算出转换矩阵R，也可以通过多次计算，并使用最小二乘法得到最佳的转换矩阵R。

S404，根据第一位姿信息和转换矩阵，获得激光雷达的校正后参数。

可以理解的，标定设备通过S403计算出相机坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵之后，将S402中得到的第一位姿信息乘以转换矩阵，以得到探测光束映射至世界坐标系中的第四位姿信息，即激光雷达的校正后参数。

示例性的，S404可以通过公式(2)实现。

D1′＝R×D1 (2)

其中，D1'为探测光束在世界坐标系中的位姿信息，即激光雷达的校正后参数。

至此，便完成了对激光雷达的标定过程。

下面以具体实例来对上述标定方法进行说明。

假设，待标定的激光雷达固定于如图2所示的标定系统。

步骤一、标定设备控制激光雷达发射探测光束。

步骤二、标定设备控制标定板移动至位置A。

这里，标定设备向可控制的步进电机发送控制信号，步进电机响应该控制信号，带动标定板相对于激光雷达沿第一方向平移至位置A。

步骤三、标定设备控制相机阵列采集第一帧参考图像。

这里，第一帧参考图像中探测光束在标定板上形成的光斑的像素坐标为(x1，y1)。

步骤四、标定设备控制标定板移动至位置B。

步骤五、标定设备控制相机阵列采集第二帧参考图像。

这里，第二帧参考图像中探测光束在标定板上形成的光斑的像素坐标为(x2，y2)。

步骤六、标定设备控制标定板移动至位置C。

步骤七、标定设备控制相机阵列采集第三帧参考图像。

这里，第三帧参考图像中探测光束在标定板上形成的光斑的像素坐标为(x3，y3)。

步骤八、标定设备将三帧参考图像上光斑的像素坐标映射至相机坐标系，得到第一坐标，即(x1'，y1'，z1')、(x2'，y2'，z2')和(x3'，y3'，z3')。

步骤九、标定设备对三个第一坐标进行拟合，得到D1。

步骤十、标定设备将第一帧参考图像中的三个参考点的像素坐标映射至相机坐标系，以得到三个参考点的第二坐标。

这里，第一帧参考图像中的三个参考点的像素坐标分别为(x1a，y1a)、(x1b，y1b)、(x1c，y1c)，对应的第二坐标分别为(x1a'，y1a'，z1a')、(x1b'，y1b'，z1b')、(x1c'，y1c'，z1c')。

步骤十一、标定设备对三个第二坐标进行拟合，得到D2。

步骤十二、标定设备将第一帧参考图像中的参考点(x1b，y1b)在第二帧参考图像和第三帧参考图像中的像素坐标映射至相机坐标系，以得到三个参考点的第二坐标。

这里，第一帧参考图像中参考点(x1b，y1b)在第二帧参考图像和第三帧参考图像中的像素坐标分别为(x2b，y2b)和(x3b，y3b)，对应的第二坐标分别为(x1b'，y1b'，z1b')、(x2b'，y2b'，z2b')和(x3b'，y3b'，z3b')。

步骤十三、标定设备对三个第二坐标进行拟合，得到D3。

步骤十四、标定设备获得D2在世界坐标系(即雷达坐标系)中对应的D2'和D3在世界坐标系中对应的D3'。

步骤十五、标定设备按照公式(1)确定相机坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵R。

步骤十六、标定设备按照公式(2)，将D1映射至世界坐标系，以确定激光雷达的校正后参数D1'。

在实际应用中，上述步骤二至三、四至五、六至七的执行顺序并不做限定。步骤八至九、十至十三的执行顺序也不做限定。

在本申请实施例中，在激光雷达的标定过程中，根据相机阵列所采集的标定板在激光雷达发射探测光束时的多个参考图像，将探测光束由相机坐标系映射至世界坐标系来对激光雷达进行标定，以避免旋转机构的精度限制而影响标定精度，从而提高标定精度、缩短测试时长，进而提高测试效率。

基于相同的发明构思，本申请实施例还提供一种激光雷达的标定装置，该标定装置可以为激光雷达的标定系统中的标定设备或者标定设备中的芯片或者片上系统，还可以为标定设备中用于实现上述各个实施例所述的方法的功能模块。该标定装置可以实现上述各实施例中标定设备所执行的功能，这些功能可以通过硬件执行相应的软件实现。这些硬件或软件包括一个或多个上述功能相应的模块。

图7为本申请实施例中的一种激光雷达的标定装置的结构示意图，参见图7所示，该标定装置700可以包括：获得模块701，用于通过相机阵列，获得标定板在激光雷达发射探测光束时的多个参考图像，其中，在不同的参考图像中标定板与激光雷达之间的距离不同，标定板位于激光雷达和相机阵列的共同视野范围内，标定板能够相对于激光雷达平移；第一确定模块702，用于根据多个参考图像，确定探测光束在相机坐标系中的第一位姿信息和标定板在相机坐标中的第二位姿信息；第二确定模块703，用于根据第二位姿信息和第三位姿信息，确定相机坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵，第三位姿信息为标定板在世界坐标系中的位姿信息；校正模块704，用于根据第一位姿信息与转换矩阵，获得激光雷达的校正后参数。

在一些可能的实施方式中，第一确定模块，用于：在多个参考图像中确定标定板上光斑的位置，光斑是探测光束照射在标定板上形成的；根据光斑的位置，确定第一位姿信息。

在一些可能的实施方式中，第一确定模块，用于：获得每一个参考图像中光斑的像素坐标；将每一个参考图像中光斑的像素坐标映射至相机坐标系，以得到各个光斑的第一坐标；将各个光斑的第一坐标进行拟合，以确定第一位姿信息。

在一些可能的实施方式中，第一确定模块，用于：获得多个参考图像中标定板上的参考点的位置；根据参考点的位置，确定第二位姿信息。

在一些可能的实施方式中，第一确定模块，用于：获得每一个参考图像中参考点的像素坐标；将参考点的像素坐标映射至相机坐标系，以得到参考点的第二坐标；将同一参考图像中位于同一直线上不同参考点的第二坐标进行拟合，以确定标定板对应的第一方向向量；将不同参考图像中同一参考点的第二坐标进行拟合，以确定标定板对应的第二方向向量；根据第一方向向量和第二方向向量，确定第二位姿信息。

在一些可能的实施方式中，获得模块，还用于：在第二确定模块确定转换矩阵之前，获得标定板在世界坐标系中的第三位姿信息。

在一些可能的实施方式中，第三位姿信息包括：标定板在世界坐标系中的第三方向向量和第四方向向量，第三方向向量垂直于标定板的平移方向，第四方向向量平行于标定板的平移方向。

在一些可能的实施方式中，校正模块，用于：通过转换矩阵，获得第一位姿信息在世界坐标系中对应的的第四位姿信息。

需要说明的是，获得模块701、第一确定模块702、第二确定模块703以及校正模块704的具体实现过程可参考图4至图6实施例的详细描述，为了说明书的简洁，这里不再赘述。

本申请实施例中提到的获得模块701可以为接收接口、接收电路或者接收器等；第一确定模块702、第二确定模块703以及校正模块704可以为一个或者多个处理器。

基于相同的发明构思，本申请实施例提供一种激光雷达的标定设备，该通标定设备可以为上述一个或者多个实施例中所述的标定设备。图8为本申请实施例中的一种激光雷达的标定设备的结构示意图，参见图8所示，标定设备800，可以采用通用的计算机硬件，包括处理器801、存储器802。

在一些可能的实施方式中，至少一个处理器可以构成具有对一个或多个输入执行逻辑运算的电路的任何物理设备。例如，至少一个处理器可以包括一个或多个集成电路(IC)，包括专用集成电路(ASIC)、微芯片、微控制器、微处理器、中央处理单元(CPU)的全部或部分、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)或者适于执行指令或执行逻辑运算的其它电路。由至少一个处理器执行的指令可以例如被预加载到与控制器集成的或嵌入在控制器中的存储器中，或者可以存储在分离的存储器中。存储器可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘、光盘、磁介质、闪存，其它永久、固定或易失性存储器，或者能够存储指令的任何其它机制。在一些实施例中，至少一个处理器可以包括多于一个处理器。每个处理器可以具有相似的结构，或者处理器可以具有彼此电连接或断开的不同构造。例如，处理器可以是分离的电路或集成在单个电路中。当使用多于一个处理器时，处理器可以被配置为独立地或协作地操作。处理器可以以电、磁、光学、声学、机械或通过允许它们交互的其它手段来耦合。根据本发明的一个实施例，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行上述标定方法的步骤。存储器802可以包括以易失性和/或非易失性存储器形式的计算机存储媒体，如只读存储器和/或随机存取存储器。存储器802可以存储操作系统、应用程序、其他程序模块、可执行代码、程序数据、用户数据等。

此外，上述存储器802中存储有用于实现图7中的获得模块701、第一确定模块702、第二确定模块703以及校正模块704的功能的计算机执行指令。图7中的获得模块701、第一确定模块702、第二确定模块703以及校正模块704的功能/实现过程均可以通过图8中的处理器801调用存储器802中存储的计算机执行指令来实现，具体实现过程和功能参考上述相关实施例。

基于相同的发明构思，本申请提供一种激光雷达的标定设备，包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，与存储器相连，用于通过执行计算机可执行指令，并能够实现如上述一个或者多个实施例所述的激光雷达标定方法。

基于相同的发明构思，本申请提供一种计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令被处理器执行后，能够实现如上述一个或者多个实施例所述的激光雷达标定方法。

本领域技术人员可以理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述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精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达的标定方法，其特征在于，包括：

通过相机阵列，获得标定板在激光雷达发射探测光束时的多个参考图像，其中，在不同的参考图像中所述标定板与所述激光雷达之间的距离不同，所述标定板位于所述激光雷达和所述相机阵列的共同视野范围内，所述标定板能够相对于所述激光雷达平移；

根据所述多个参考图像，确定所述探测光束在相机坐标系中的第一位姿信息和所述标定板在所述相机坐标中的第二位姿信息；

根据所述第二位姿信息和第三位姿信息，确定所述相机坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵，所述第三位姿信息为所述标定板在所述世界坐标系中的位姿信息；

根据所述第一位姿信息和所述转换矩阵，获得所述激光雷达的校正后参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个参考图像，确定所述探测光束在相机坐标系中的第一位姿信息，包括：

在所述多个参考图像中确定所述标定板上光斑的位置，所述光斑是所述探测光束照射在所述标定板上形成的；

根据所述光斑的位置，确定所述第一位姿信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所述多个参考图像中确定所述标定板上光斑的位置，包括：

获得每一个参考图像中所述光斑的像素坐标；

所述根据所述光斑的位置，确定所述第一位姿信息，包括：

将所述每一个参考图像中所述光斑的像素坐标映射至所述相机坐标系，以得到各个光斑的第一坐标；

将所述各个光斑的第一坐标进行拟合，以确定所述第一位姿信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个参考图像，确定所述标定板在所述相机坐标系中的第二位姿信息，包括：

获得所述多个参考图像中所述标定板上的参考点的位置；

根据所述参考点的位置，确定所述第二位姿信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获得所述多个参考图像中所述标定板上的参考点的位置，包括：

获得每一个参考图像中所述参考点的像素坐标；

所述根据所述参考点的位置，确定所述第二位姿信息，包括：

将所述参考点的像素坐标映射至所述相机坐标系，以得到所述参考点的第二坐标；

将同一参考图像中位于同一直线上的不同参考点的所述第二坐标进行拟合，以确定所述标定板对应的第一方向向量；

将不同参考图像中同一参考点的所述第二坐标进行拟合，以确定所述标定板对应的第二方向向量；

根据所述第一方向向量和所述第二方向向量，确定所述第二位姿信息。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三位姿信息包括：所述标定板在所述世界坐标系中的第三方向向量和第四方向向量，所述第三方向向量垂直于所述标定板的平移方向，所述第四方向向量平行于所述标定板的平移方向。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一位姿信息和所述转换矩阵，获得所述激光雷达的校正后参数，包括：

通过所述转换矩阵，获得所述第一位姿信息在所述世界坐标系中对应的第四位姿信息。

8.一种激光雷达的标定装置，其特征在于，包括：

获得模块，用于通过相机阵列，获得标定板在激光雷达发射探测光束时的多个参考图像，其中，在不同的参考图像中所述标定板与所述激光雷达之间的距离不同，所述标定板位于所述激光雷达和所述相机阵列的共同视野范围内，所述标定板能够相对于所述激光雷达平移；

第一确定模块，用于根据所述多个参考图像，确定所述探测光束在相机坐标系中的第一位姿信息和所述标定板在所述相机坐标中的第二位姿信息；

第二确定模块，用于根据所述第二位姿信息和第三位姿信息，确定所述相机坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵，所述第三位姿信息为所述标定板在所述世界坐标系中的位姿信息；

校正模块，用于根据所述第一位姿信息和所述转换矩阵，获得所述激光雷达的校正后参数。

9.一种激光雷达的标定设备，其特征在于，包括：

存储器，存储有计算机可执行指令；

处理器，与所述存储器相连，用于通过执行所述计算机可执行指令，以实现如权利要求1至7任一项所述的方法。

10.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行后能够实现如权利要求1至7任一项所述的方法。

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