CN115953484A - 探测设备的参数标定方法和装置、存储介质及电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种探测设备的参数标定方法和装置、存储介质及电子装置，该探测设备的参数标定方法包括：获取目标标定板对应的点云数据和像素图像数据，其中，点云数据是从行驶设备上部署的第一探测设备对目标标定板扫描到的点云上得到的，点云数据用于指示点云的点云位置和强度信息，像素图像数据是从行驶设备上部署的第二探测设备对目标标定板拍摄到的像素图像上得到的，像素图像数据用于指示像素图像中所展示的像素点的像素位置和灰度信息；生成第一探测设备与第二探测设备之间的初始外参；根据初始外参，强度信息和灰度信息确定目标外参，采用上述技术方案，解决了相关技术中，探测设备的参数标定准确性较低等问题。

Description

探测设备的参数标定方法和装置、存储介质及电子装置

技术领域

本申请涉及驾驶技术领域，具体而言，涉及一种探测设备的参数标定方法和装置、存储介质及电子装置。

背景技术

在智能驾驶中，环境感知技术作为至关重要的一环，具有重要意义，激光雷达和相机的融合感知是其中至关重要的部分，融合可以弥补各自的不足，提供更为冗余、可靠且稳定的环境信息，保障车辆的行车安全。

由于相机和激光雷达的位姿和视角不同，需要通过联合标定求解出激光雷达坐标系到相机坐标系的变换关系，其中，准确的联合标定是实现相机激光雷达融合感知的基础，其准确性直接影响到融合感知结果的准确性，现有技术中，典型的标定方法分别提取图像和点云中的几何特征，再通过PNP（Perspective-N-Point，透视N点算法）求解算法求解外参，但是提取点、线和法向量特征易受噪声点影响导致误差，鲁棒性差，比如，在激光雷达和相机的基于标定板的静态联合标定方法中，点云中的标定板区域的边缘会出现膨胀效应，提取点、线和法向量特征可能受到膨胀效应带来的噪声点的影响，导致标定板的提取结果会出现误差，以至于影响最终的外参求解结果。

针对相关技术中，探测设备的参数标定准确性较低等问题，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种探测设备的参数标定方法和装置、存储介质及电子装置，以至少解决相关技术中，探测设备的参数标定准确性较低等问题。

根据本申请实施例的一个实施例，提供了一种探测设备的参数标定方法，包括：

获取目标标定板对应的点云数据和像素图像数据，其中，所述点云数据是从行驶设备上部署的第一探测设备对所述目标标定板扫描到的点云上得到的，所述点云数据用于指示所述点云的点云位置和强度信息，所述像素图像数据是从所述行驶设备上部署的第二探测设备对所述目标标定板拍摄到的像素图像上得到的，所述像素图像数据用于指示所述像素图像中所展示的像素点的像素位置和灰度信息；

生成所述第一探测设备与所述第二探测设备之间的初始外参，其中，探测设备之间的外参用于指示探测设备之间的数据变换关系；

根据所述初始外参，所述强度信息和所述灰度信息确定目标外参。

可选的，所述获取目标标定板对应的点云数据和像素图像数据，包括：

检测所述点云上目标点云所在的所述点云位置以及反射强度；在所述反射强度高于强度阈值的情况下，将所述点云位置和第一特征值确定为所述点云数据；在所述反射强度小于或者等于所述强度阈值的情况下，将所述点云位置和第二特征值确定为所述点云数据；

检测所述像素图像数据上每个像素点所在的像素位置以及灰度值；在所述灰度值高于灰度阈值的情况下，将所述像素位置和第一特征值确定为所述像素图像数据；在所述灰度值小于或者等于所述灰度阈值的情况下，将所述像素位置和第二特征值确定为所述像素图像数据。

可选的，所述检测所述点云上目标点云所在的所述点云位置以及反射强度，包括：

获取所述第一探测设备对所述目标标定板扫描到的所述点云；

从所述点云中截取分布于所述目标标定板所在区域的点云作为所述目标点云；

检测所述目标点云所在的所述点云位置以及所述反射强度。

可选的，所述生成所述第一探测设备与所述第二探测设备之间的初始外参，包括：

根据所述点云数据中的定位点云的目标点云数据和像素图像数据中的定位像素的目标像素图像数据构建所述初始外参，其中，所述定位点云为所述目标标定板上的中心点所对应的点云，所述定位像素为所述目标标定板上的中心点所对应的像素。

可选的，所述根据所述点云数据中的定位点云的目标点云数据和像素图像数据中的定位像素的目标像素图像数据构建所述初始外参，包括：

对所述像素图像进行角点检测得到所述定位像素，并计算所述点云中所述点云位置的均值得到所述定位点云；

从所述点云数据中提取所述定位点云的所述目标点云数据，并从所述像素图像数据中提取所述定位像素的所述目标像素图像数据；

使用所述目标点云数据和所述目标像素图像数据求解所述初始外参。

可选的，所述根据所述初始外参，所述强度信息和所述灰度信息确定目标外参，包括：

调整所述初始外参，得到多个候选外参；

根据多个所述候选外参中每个所述候选外参对应的所述强度信息与所述灰度信息分别计算投影率；

从多个所述候选外参中获取所述投影率最大的所述候选外参作为目标外参。

可选的，所述根据多个所述候选外参中每个所述候选外参对应的所述强度信息与所述灰度信息分别计算投影率，包括：

通过以下公式计算所述投影率Pr：

；

其中，I为所述强度信息，P为所述灰度信息，

为点云中第i个点云的点云坐标，

为第i个点云投影到图像上的图像坐标，K为所述第二探测设备的相机矩阵，R和T为外参，R为旋转系数，T为平移系数，n为点云数量。

根据本申请实施例的另一个实施例，还提供了一种探测设备的参数标定装置，包括：

获取模块，用于获取目标标定板对应的点云数据和像素图像数据，其中，所述点云数据是从行驶设备上部署的第一探测设备对所述目标标定板扫描到的点云上得到的，所述点云数据用于指示所述点云的点云位置和强度信息，所述像素图像数据是从所述行驶设备上部署的第二探测设备对所述目标标定板拍摄到的像素图像上得到的，所述像素图像数据用于指示所述像素图像中所展示的像素点的像素位置和灰度信息；

生成模块，用于生成所述第一探测设备与所述第二探测设备之间的初始外参，其中，探测设备之间的外参用于指示探测设备之间的数据变换关系；

确定模块，用于根据所述初始外参，所述强度信息和所述灰度信息确定目标外参。

根据本申请实施例的又一方面，还提供了一种计算机可读的存储介质，该计算机可读的存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述探测设备的参数标定方法。

根据本申请实施例的又一方面，还提供了一种电子装置，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，其中，上述处理器通过计算机程序执行上述的探测设备的参数标定方法。

在本申请实施例中，获取目标标定板对应的点云数据和像素图像数据，其中，点云数据是从行驶设备上部署的第一探测设备对目标标定板扫描到的点云上得到的，点云数据用于指示点云的点云位置和强度信息，像素图像数据是从行驶设备上部署的第二探测设备对目标标定板拍摄到的像素图像上得到的，像素图像数据用于指示像素图像中所展示的像素点的像素位置和灰度信息；生成第一探测设备与第二探测设备之间的初始外参，其中，探测设备之间的外参用于指示探测设备之间的数据变换关系；根据初始外参，强度信息和灰度信息确定目标外参，即获得目标标定板的点云数据和像素图像数据。其中，点云数据是从行驶设备上安装的第一个探测设备扫描目标标定板得到的，表示点云的点云位置和强度信息；像素图像数据是从行驶设备上安装的第二个探测设备拍摄目标标定板得到的，表示像素图像中像素点的像素位置和灰度信息。首先生成第一探测设备与第二探测设备之间的初始外参，探测设备之间的外参可以指示探测设备之间的数据变换关系，利用初始外参，所述强度信息和所述灰度信息确定目标外参，采用上述探测设备的参数标定过程得到的目标外参不依赖于从点云中提取点、线和法向量特征，所以在面对点云边缘出现膨胀效应带来的噪声点时，不影响探测设备的参数标定准确性。采用上述技术方案，解决了相关技术中，探测设备的参数标定准确性较低等问题，实现了提高探测设备的参数标定准确性的技术效果。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本申请实施例的一种探测设备的参数标定方法的硬件环境示意图；

图2是根据本申请实施例的一种探测设备的参数标定方法的流程图；

图3是根据本申请实施例的一种点云数据和像素图像数据的提取方法的示意图；

图4是根据本申请实施例的一种点云膨胀效应的示意图；

图5是根据本申请实施例的一种投影结果的示意图；

图6是根据本申请实施例的一种初始外参调整的示意图；

图7是根据本申请实施例的一种探测设备的参数标定流程的示意图；

图8是根据本申请实施例的一种探测设备的参数标定装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请实施例所提供的方法实施例可以在计算机终端、设备终端或者类似的运算装置中执行。以运行在计算机终端上为例，图1是根据本申请实施例的一种探测设备的参数标定方法的硬件环境示意图。如图1所示，计算机终端可以包括一个或多个（图1中仅示出一个）处理器102（处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置）和用于存储数据的存储器104，在一个示例性实施例中，上述计算机终端还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述计算机终端的结构造成限定。例如，计算机终端还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示等同功能或比图1所示功能更多的不同的配置。

存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的探测设备的参数标定方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

传输设备106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输设备106包括一个网络适配器（Network Interface Controller，简称为NIC），其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备106可以为射频（Radio Frequency，简称为RF）模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

在本实施例中提供了一种探测设备的参数标定方法，应用于上述计算机终端，图2是根据本申请实施例的一种探测设备的参数标定方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

步骤S202，获取目标标定板对应的点云数据和像素图像数据，其中，所述点云数据是从行驶设备上部署的第一探测设备对所述目标标定板扫描到的点云上得到的，所述点云数据用于指示所述点云的点云位置和强度信息，所述像素图像数据是从所述行驶设备上部署的第二探测设备对所述目标标定板拍摄到的像素图像上得到的，所述像素图像数据用于指示所述像素图像中所展示的像素点的像素位置和灰度信息；

步骤S204，生成所述第一探测设备与所述第二探测设备之间的初始外参，其中，探测设备之间的外参用于指示探测设备之间的数据变换关系；

步骤S206，根据所述初始外参，所述强度信息和所述灰度信息确定目标外参。

通过上述步骤，获得目标标定板的点云数据和像素图像数据。其中，点云数据是从行驶设备上安装的第一个探测设备扫描目标标定板得到的，表示点云的点云位置和强度信息；像素图像数据是从行驶设备上安装的第二个探测设备拍摄目标标定板得到的，表示像素图像中像素点的像素位置和灰度信息。首先生成第一探测设备与第二探测设备之间的初始外参，探测设备之间的外参可以指示探测设备之间的数据变换关系，利用初始外参，所述强度信息和所述灰度信息确定目标外参，采用上述探测设备的参数标定过程得到的目标外参不依赖于从点云中提取点、线和法向量特征，所以在面对点云边缘出现膨胀效应带来的噪声点时，不影响探测设备的参数标定准确性。采用上述技术方案，解决了相关技术中，探测设备的参数标定准确性较低等问题，实现了提高探测设备的参数标定准确性的技术效果。

在上述步骤S202提供的技术方案中，第一探测设备可以但不限于为通过发射激光光束来测量物体距离的雷达。它利用激光的时间差原理来确定物体的位置，通过接收到的光束的强度和时间信息来生成精确的三维图像，第一探测设备可以但不限于包括：旋转式激光雷达，固定式激光雷达和激光扫描仪等等，本申请中以激光雷达作为第一探测设备的实施例对探测设备的参数标定过程进行描述。

可选地，在本实施例中，第二探测设备可以但不限于为使用光学或数字技术来捕捉和记录图像的设备，比如数码相机，摄像机，红外相机，物镜相机，工业相机，全景相机和枪型相机等等，本申请中以相机作为第二探测设备的实施例对探测设备的参数标定过程进行描述。

可选地，在本实施例中，点云是一种用来表示三维空间中物体表面形状的数字图像。它由许多离散的点组成，每个点代表物体的表面的一个特定位置。点云通常由激光雷达或者深度相机等设备生成；由于激光雷达扫描物体的不同部位特征不同，因此对应的点云反射强度不同，其中，点云反射强度是指在三维空间中物体表面反射回给探测设备的光强度。它是一个重要的物理量，反映了物体表面的物理特性，例如材料类型、表面形状、颜色等，因此组成点云的许多离散的点中每一个点都具有唯一的点云位置和强度信息（即点云反射强度），点云数据可以用于指示点云的点云位置和强度信息。

可选地，在本实施例中，像素图像是一种用像素（pixel）来表示图像信息的数字图像。像素（像素点）是图像中最小的显示单元，它们组成了整个图像，对于像素图像中任意一个像素点都具有唯一的位置和灰度信息；像素图像数据可以指示像素图像中所展示的像素点的像素位置和灰度信息；

可选地，在本实施例中，目标标定板可以但不限于为具有规则排列的点阵图案，由黑白相间的方格组成。

在一个示例性实施例中，可以但不限于通过以下方式获取目标标定板对应的点云数据和像素图像数据：检测所述点云上目标点云所在的所述点云位置以及反射强度；在所述反射强度高于强度阈值的情况下，将所述点云位置和第一特征值确定为所述点云数据；在所述反射强度小于或者等于所述强度阈值的情况下，将所述点云位置和第二特征值确定为所述点云数据；检测所述像素图像数据上每个像素点所在的像素位置以及灰度值；在所述灰度值高于灰度阈值的情况下，将所述像素位置和第一特征值确定为所述像素图像数据；在所述灰度值小于或者等于所述灰度阈值的情况下，将所述像素位置和第二特征值确定为所述像素图像数据。

可选地，在本实施例中，强度阈值和灰度阈值都可以但不限于为自适应阈值，自适应阈值可以根据图像中的不同区域自动确定合适的阈值。可以适应图像的不同亮度环境，从而避免因为固定阈值造成的误差，其中，自适应阈值可以包括局部阈值、自适应算术阈值等。

可选地，在本实施例中，获取目标标定板对应的点云数据和像素图像数据可以但不限于是指从目标标定板对应的点云中提取点云数据，以及，从目标标定板对应的像素图像中提取像素图像数据的过程，图3是根据本申请实施例的一种点云数据和像素图像数据的提取方法的示意图，如图3所示，点云数据的提取过程如下：使用第一探测设备扫描目标标定板，得到点云，以点云中的A位置和B位置处的点云为例，A位置的点云指示反射强度大于强度阈值，即标注第一特征值（数值1），B位置的点云指示反射强度小于或者等于强度阈值，即标注第二特征值（数值0），得到点云数据：（A位置，1），（B位置，0）；像素图像数据的提取过程如下：使用第二探测设备扫描目标标定板，得到像素图像，以像素图像中的A位置和B位置处的点云为例，A位置的像素指示灰度值大于灰度阈值，即标注第一特征值（数值1），B位置的点云指示灰度值小于或者等于灰度阈值，即标注第二特征值（数值0），得到像素图像数据：（A位置，1），（B位置，0）；

需要说明的是，点云和像素图像中A位置是不同设备（第一探测设备，第二探测设备）对目标标定板同一处位置探测的两种结果的呈现，B位置同理，使用外参将两种结果进行融合，将点云投影至像素图像时，如果外参精准度达到最佳状态，那么，目标标定板同一处位置探测的两种结果将完全重合，即目标标定板同一处位置探测的两种结果对应的特征值应当相同，根据上述原理，在目标标定板同一处位置探测的两种结果对应的特征值不相同的情况下，或者两种结果对应的特征值相同的比例较低，表示投影发生偏差，即外参不精准，外参精准度未达到最佳状态，需要继续调整外参。

在一个示例性实施例中，可以但不限于通过以下方式检测所述点云上目标点云所在的所述点云位置以及反射强度：获取所述第一探测设备对所述目标标定板扫描到的所述点云；从所述点云中截取分布于所述目标标定板所在区域的点云作为所述目标点云；检测所述目标点云所在的所述点云位置以及所述反射强度。

可选地，在本实施例中，从所述点云中截取分布于所述目标标定板所在区域的点云作为所述目标点云，旨在从第一探测设备对目标标定板扫描到的点云中去除背景区域，只保留目标标定板对应的点云。

可选地，在本实施例中，图4是根据本申请实施例的一种点云膨胀效应的示意图，如图4所示，目标标定板区域的点云的边缘的点云出现膨胀，导致点云中出现噪声点，上述目标点云可以为目标标定板所在区域的全部点云，区别于传统方法，本申请采用目标标定板所在区域的全部点云，不依赖于从点云中提取点、线和法向量特征，所以在面对点云边缘出现膨胀效应带来的噪声点时，对探测设备的参数标定准确性的影响较低。

在上述步骤S204提供的技术方案中，探测设备之间的外参用于指示探测设备之间的数据变换关系，根据外参可以将第一探测设备对应的点云投影至第二探测设备拍摄的像素图像中，即投影之后，重叠的位置对应的像素点和点云描述的是目标标定板同一处位置的特征，理论上如果投影正确，那么两者特征值相同，图5是根据本申请实施例的一种投影结果的示意图，如图5所示，目标标定板为黑白棋盘格，其中，黑色区域的灰度小于或者等于灰度阈值，在像素图像中特征值为0，同时黑色区域的点云反射强度小于或者等于强度阈值，在点云中特征值也为0，白色区域的灰度高于灰度阈值，在像素图像中特征值为1，同时白色区域的点云反射强度高于强度阈值，在点云中特征值也为1。如果正确投影，那么点云中强反射点（即点云反射强度高于强度阈值）将投影至灰度值高于灰度阈值的白色区域，点云中弱反射点（即点云反射强度小于或者等于强度阈值）将投影至灰度值小于或者等于灰度阈值的黑色区域，否则为错误正确投影。

在一个示例性实施例中，可以但不限于通过以下方式生成所述第一探测设备与所述第二探测设备之间的初始外参：根据所述点云数据中的定位点云的目标点云数据和像素图像数据中的定位像素的目标像素图像数据构建所述初始外参，其中，所述定位点云为所述目标标定板上的中心点所对应的点云，所述定位像素为所述目标标定板上的中心点所对应的像素。

可选地，在本实施例中，根据所述点云数据中的定位点云的目标点云数据和像素图像数据中的定位像素的目标像素图像数据构建所述初始外参，其中，用于构建初始外参的目标点云数据和目标像素图像数据可以为多组，比如重复取3组或者4组目标点云数据和目标像素图像数据，通过PNP求解得到初始外参。

在一个示例性实施例中，可以但不限于通过以下方式根据所述点云数据中的定位点云的目标点云数据和像素图像数据中的定位像素的目标像素图像数据构建所述初始外参：对所述像素图像进行角点检测得到所述定位像素，并计算所述点云中所述点云位置的均值得到所述定位点云；从所述点云数据中提取所述定位点云的所述目标点云数据，并从所述像素图像数据中提取所述定位像素的所述目标像素图像数据；使用所述目标点云数据和所述目标像素图像数据求解所述初始外参。

可选地，在本实施例中，目标点云数据和目标像素图像数据可以但不限于为坐标值。

可选地，在本实施例中，点云包括N个点云，每一个点云的点云位置唯一，可以将N个点云的点云位置的均值指示的位置处的点云确定为所述定位点云。

可选地，在本实施例中，使用所述目标点云数据和所述目标像素图像数据求解所述初始外参属于粗求解，包括，提取像素图像和点云中的标定板中心点，其中，标定板中心点可以为标定板的四个角的中心点，也可以是标定板中心点，像素图像中的标定板中心点可以通过角点检测提取出标定板那中心点的坐标，得到目标像素图像数据，点云中的标定板中心点可以为点云的坐标均值，得到目标点云数据，最后，根据目标点云数据和目标像素图像数据进行PNP求解，得到初始外参。

在上述步骤S206提供的技术方案中，根据所述初始外参，所述强度信息和所述灰度信息确定目标外参。

可选地，在本实施例中，初始外参用于划定目标外参的调整基础值，在初始外参的基础上，调整外参，并根据调整之后的外参对应的强度信息和灰度信息分别计算外参的投影率。

在一个示例性实施例中，可以但不限于通过以下方式根据所述初始外参，所述强度信息和所述灰度信息确定目标外参：调整所述初始外参，得到多个候选外参；根据多个所述候选外参中每个所述候选外参对应的所述强度信息与所述灰度信息分别计算投影率；从多个所述候选外参中获取所述投影率最大的所述候选外参作为目标外参。

可选地，在本实施例中，图6是根据本申请实施例的一种初始外参调整的示意图，如图6所示，在初始外参的基础上，确定搜索区间，在搜索区间内通过逐步精确搜索算法不断改变外参值并计算其对应的投影率，进行精确求解。当搜索出来的外参的投影为最大值时，此外参即为最佳外参，

为外参的6自由度表示，外参包括两部分旋转矩阵和平移向量，Rotation（R）和Translation（T）。rotation包括三个角度值，R，P，Y。分别为旋转角以x轴为旋转轴的Row角，以y轴为旋转轴的Pitch角，和以z轴为旋转轴的Yaw角。Translation包括三个平移值x，y，z，分别为沿x轴，y轴，z轴的平移量，

分别为旋转角和平移量的搜索步长，其中，通过修改R，P，Y实现对旋转角的调整，通过修改x，y，z实现对平移量的调整，从开始的调整步长较大，逐渐微调缩小调整步长，不断改变外参值并计算其对应的投影率，根据投影率指示的当前关联关系进一步调整，直至精确求解，得到关联关系达到理想状态，即投影率满足正确率需求或者达到最大，得到目标外参。

在一个示例性实施例中，可以但不限于通过以下方式根据多个所述候选外参中每个所述候选外参对应的所述强度信息与所述灰度信息分别计算投影率：

通过以下公式计算所述投影率Pr：

；

其中，I为所述强度信息，P为所述灰度信息，

为点云中第i个点云的点云坐标，

为第i个点云投影到图像上的图像坐标，K为所述第二探测设备的相机矩阵，R和T为外参，R为旋转系数，T为平移系数，n为点云数量。

可选地，在本实施例中，外参越精准，投影率Pr数值越趋近于1，投影正确率越高。

为了更好的理解上述探测设备的参数标定的过程，以下再结合可选实施例对上述探测设备的参数标定流程进行说明，但不用于限定本申请实施例的技术方案。

在本实施例中提供了一种探测设备的参数标定方法，图7是根据本申请实施例的一种探测设备的参数标定流程的示意图，如图7所示，主要包括如下步骤：

探测设备的参数标定流程主要包括两个模块：

模块1：标定板提取，获取目标标定板对应的像素图像数据和点云数据，再对像素图像中的灰度值和点云的强度值进行二值化；

模块2：外参求解模块，对初始外参（初始外参）和优化外参及性能求解，计算每个外参对应点云投影在图像上的投影率，并通过循环搜索求解出最优外参（目标外参）。

探测设备的参数标定流程可以包括如下步骤：

步骤S701：提取像素图像中的标定板区域，以及，提取点云中的标定板区域过程如下：像素图像中会有其他物体和背景，只提取标定板区域的图像避免背景影响，提取标定板点云同理，避免其他物体反射的点云影响，只使用标定板反射数据。像素图像的标定板区域可以通过openCV中角点提取函数findChessboardCorners()来提取所有角点，再通过标定板的尺寸规格等信息求解出标定板四个中心点的坐标，以及标定板所在区域图像。点云的标定板区域可以首先通过直通滤波得到标定板区域点云，再对标定板进行平面拟合，再将所有点云投影到拟合出的平面，得到新的点云坐标；

步骤S702：图像二值化和点云强度值二值化，利用自适应阈值，将像素图像中标定板黑色方格区域像素值设为第二特征值0，白色区域设置为第一特征值1。在点云中，同样求解出点云的强度阈值，将标定板黑色区域反射点云的反射强度设置为第二特征值0，标定板白色区域发射点的反射强度设为第一特征值1；

步骤S703：粗求解：提取像素图像和点云中的图像标定板中心点的坐标（即上述目标像素图像数据），像素图像中通过角点检测可以提取出标定板中心点，标定板中心点对应的点云的坐标（即上述目标点云数据）为标定板点云的坐标均值

，最后，通过至少三次不同位置的取样，得到至少三组点对，进行PNP求解即可得到初始外参；

步骤S704：精求解：初始外参作为精确求解的基础，搜索算法会在以初始外参为中间值的区间内不断搜索新的外参，得到多组候选外参，计算每个候选外参的投影率，首先根据候选外参将点云的坐标转换到相机坐标系中，再通过openCV中的投影函数projectPoints()得到点云中每个点在像素图像中的投影点。若点云中某一点经过投影后落在像素图像上的对应点的像素值（包括第二特征值0和第一特征值1）与该点的强度值（包括第二特征值0和第一特征值1）相同，则表示投影正确，投影正确的点数占标定板点云总数的比例为投影率，通过上述在初始外参的基础上，确定搜索区间，在搜索区间内通过逐步精确搜索算法不断改变外参值并计算其对应的投影率，进行精确求解。当搜索出来的外参的投影为最大值时，此外参即为最佳外参，通过逐步精确搜索算法不断改变外参值并计算其对应的投影率，进行精确求解。

其中，优化函数公式为：

。

其中，I为所述强度信息，P为所述灰度信息，

为点云中第i个点云的点云坐标，

为第i个点云投影到图像上的图像坐标，K为所述第二探测设备的相机矩阵，R和T为外参，R为旋转系数，T为平移系数，n为点云数量，优化函数公式用于指示初始外参的调整过程中，从多组不同外参中获取投影率最大的外参作为目标外参。

需要说明的是，本申请提出的探测设备的参数标定方法，可以使用整个标定板点云，提取准确率高，避免了几何特征提取的错误。通过计算点云投影的统计结果进行外参求解，大数据量使该发明标定结果的准确性和鲁棒性得到提升。本申请主要用到点云强度信息进行外参求解，可以适用于MEMS（Micro-Electromechanical Systems，微机电系统），Flash（Fast Lidar-based Autonomous Scanning Hardware，快速激光雷达自主扫描硬件）和旋转式激光雷达。

本申请提出的探测设备的参数标定方法，避免了使用点、线和法向量特征，可减小标定误差通过点线特征进行外参标定，在提取点线特征时会出现误差，对外参求解的影响较大。本发明所用方法不需要点线特征的提取步骤，避免了特征提取的误差对标定结果的影响。本申请可以使用整个标定板中的点云进行标定，增加了标定的鲁棒性，受噪声点的干扰小，对于64线激光雷达，单帧标定板点云的点数可以达到4000左右，联合标定的外参结果与大量点云的概率统计结果有关，即使在点云中存在较少未滤除的噪声点，也不会对最终的标定结果造成影响。

本申请提出的探测设备的参数标定方法，适用各种类型激光雷达，标定方案使用点云强度信息进行外参求解，可以适用于旋转式，MEMS和Flash激光雷达。

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根据上述实施例的方法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，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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（如ROM/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端设备（可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例的方法。

图8是根据本申请实施例的一种探测设备的参数标定装置的结构框图；如图8所示，包括：

获取模块802，用于获取目标标定板对应的点云数据和像素图像数据，其中，所述点云数据是从行驶设备上部署的第一探测设备对所述目标标定板扫描到的点云上得到的，所述点云数据用于指示所述点云的点云位置和强度信息，所述像素图像数据是从所述行驶设备上部署的第二探测设备对所述目标标定板拍摄到的像素图像上得到的，所述像素图像数据用于指示所述像素图像中所展示的像素点的像素位置和灰度信息；

生成模块804，用于生成所述第一探测设备与所述第二探测设备之间的初始外参，其中，探测设备之间的外参用于指示探测设备之间的数据变换关系；

确定模块806，用于根据所述初始外参，所述强度信息和所述灰度信息确定目标外参。

通过上述实施例，获得目标标定板的点云数据和像素图像数据。其中，点云数据是从行驶设备上安装的第一个探测设备扫描目标标定板得到的，表示点云的点云位置和强度信息；像素图像数据是从行驶设备上安装的第二个探测设备拍摄目标标定板得到的，表示像素图像中像素点的像素位置和灰度信息。首先生成第一探测设备与第二探测设备之间的初始外参，探测设备之间的外参可以指示探测设备之间的数据变换关系，利用初始外参，所述强度信息和所述灰度信息确定目标外参，采用上述探测设备的参数标定过程得到的目标外参不依赖于从点云中提取点、线和法向量特征，所以在面对点云边缘出现膨胀效应带来的噪声点时，不影响探测设备的参数标定准确性。采用上述技术方案，解决了相关技术中，探测设备的参数标定准确性较低等问题，实现了提高探测设备的参数标定准确性的技术效果。

在一个示例性实施例中，所述获取模块，包括：

第一检测单元，用于检测所述点云上目标点云所在的所述点云位置以及反射强度；在所述反射强度高于强度阈值的情况下，将所述点云位置和第一特征值确定为所述点云数据；在所述反射强度小于或者等于所述强度阈值的情况下，将所述点云位置和第二特征值确定为所述点云数据；

第二检测单元，用于检测所述像素图像数据上每个像素点所在的像素位置以及灰度值；在所述灰度值高于灰度阈值的情况下，将所述像素位置和第一特征值确定为所述像素图像数据；在所述灰度值小于或者等于所述灰度阈值的情况下，将所述像素位置和第二特征值确定为所述像素图像数据。

在一个示例性实施例中，所述第一检测单元，还用于：

获取所述第一探测设备对所述目标标定板扫描到的所述点云；

从所述点云中截取分布于所述目标标定板所在区域的点云作为所述目标点云；

检测所述目标点云所在的所述点云位置以及所述反射强度。

在一个示例性实施例中，所述生成模块，包括：

构建单元，用于根据所述点云数据中的定位点云的目标点云数据和像素图像数据中的定位像素的目标像素图像数据构建所述初始外参，其中，所述定位点云为所述目标标定板上的中心点所对应的点云，所述定位像素为所述目标标定板上的中心点所对应的像素。

在一个示例性实施例中，所述构建单元，还用于：

对所述像素图像进行角点检测得到所述定位像素，并计算所述点云中所述点云位置的均值得到所述定位点云；

从所述点云数据中提取所述定位点云的所述目标点云数据，并从所述像素图像数据中提取所述定位像素的所述目标像素图像数据；

使用所述目标点云数据和所述目标像素图像数据求解所述初始外参。

在一个示例性实施例中，所述确定模块，包括：

调整单元，用于调整所述初始外参，得到多个候选外参；

计算单元，用于根据多个所述候选外参中每个所述候选外参对应的所述强度信息与所述灰度信息分别计算投影率；

获取单元，用于从多个所述候选外参中获取所述投影率最大的所述候选外参作为目标外参。

在一个示例性实施例中，所述计算单元，还用于：

通过以下公式计算所述投影率Pr：

；

其中，I为所述强度信息，P为所述灰度信息，

为点云中第i个点云的点云坐标，

为第i个点云投影到图像上的图像坐标，K为所述第二探测设备的相机矩阵，R和T为外参，R为旋转系数，T为平移系数，n为点云数量。

本申请的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质包括存储的程序，其中，上述程序运行时执行上述任一项的方法。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：

S1，获取目标标定板对应的点云数据和像素图像数据，其中，所述点云数据是从行驶设备上部署的第一探测设备对所述目标标定板扫描到的点云上得到的，所述点云数据用于指示所述点云的点云位置和强度信息，所述像素图像数据是从所述行驶设备上部署的第二探测设备对所述目标标定板拍摄到的像素图像上得到的，所述像素图像数据用于指示所述像素图像中所展示的像素点的像素位置和灰度信息；

S2，生成所述第一探测设备与所述第二探测设备之间的初始外参，其中，探测设备之间的外参用于指示探测设备之间的数据变换关系；

S3，根据所述初始外参，所述强度信息和所述灰度信息确定目标外参。

本申请的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

S1，获取目标标定板对应的点云数据和像素图像数据，其中，所述点云数据是从行驶设备上部署的第一探测设备对所述目标标定板扫描到的点云上得到的，所述点云数据用于指示所述点云的点云位置和强度信息，所述像素图像数据是从所述行驶设备上部署的第二探测设备对所述目标标定板拍摄到的像素图像上得到的，所述像素图像数据用于指示所述像素图像中所展示的像素点的像素位置和灰度信息；

S2，生成所述第一探测设备与所述第二探测设备之间的初始外参，其中，探测设备之间的外参用于指示探测设备之间的数据变换关系；

S3，根据所述初始外参，所述强度信息和所述灰度信息确定目标外参。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器（Read-Only Memory，简称为ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，简称为RAM）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种探测设备的参数标定方法，其特征在于，包括：

获取目标标定板对应的点云数据和像素图像数据，其中，所述点云数据是从行驶设备上部署的第一探测设备对所述目标标定板扫描到的点云上得到的，所述点云数据用于指示所述点云的点云位置和强度信息，所述像素图像数据是从所述行驶设备上部署的第二探测设备对所述目标标定板拍摄到的像素图像上得到的，所述像素图像数据用于指示所述像素图像中所展示的像素点的像素位置和灰度信息；

生成所述第一探测设备与所述第二探测设备之间的初始外参，其中，探测设备之间的外参用于指示探测设备之间的数据变换关系；

根据所述初始外参，所述强度信息和所述灰度信息确定目标外参。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取目标标定板对应的点云数据和像素图像数据，包括：

检测所述点云上目标点云所在的所述点云位置以及反射强度；在所述反射强度高于强度阈值的情况下，将所述点云位置和第一特征值确定为所述点云数据；在所述反射强度小于或者等于所述强度阈值的情况下，将所述点云位置和第二特征值确定为所述点云数据；

检测所述像素图像数据上每个像素点所在的像素位置以及灰度值；在所述灰度值高于灰度阈值的情况下，将所述像素位置和第一特征值确定为所述像素图像数据；在所述灰度值小于或者等于所述灰度阈值的情况下，将所述像素位置和第二特征值确定为所述像素图像数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述检测所述点云上目标点云所在的所述点云位置以及反射强度，包括：

获取所述第一探测设备对所述目标标定板扫描到的所述点云；

从所述点云中截取分布于所述目标标定板所在区域的点云作为所述目标点云；

检测所述目标点云所在的所述点云位置以及所述反射强度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成所述第一探测设备与所述第二探测设备之间的初始外参，包括：

根据所述点云数据中的定位点云的目标点云数据和像素图像数据中的定位像素的目标像素图像数据构建所述初始外参，其中，所述定位点云为所述目标标定板上的中心点所对应的点云，所述定位像素为所述目标标定板上的中心点所对应的像素。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述点云数据中的定位点云的目标点云数据和像素图像数据中的定位像素的目标像素图像数据构建所述初始外参，包括：

对所述像素图像进行角点检测得到所述定位像素，并计算所述点云中所述点云位置的均值得到所述定位点云；

从所述点云数据中提取所述定位点云的所述目标点云数据，并从所述像素图像数据中提取所述定位像素的所述目标像素图像数据；

使用所述目标点云数据和所述目标像素图像数据求解所述初始外参。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始外参，所述强度信息和所述灰度信息确定目标外参，包括：

调整所述初始外参，得到多个候选外参；

根据多个所述候选外参中每个所述候选外参对应的所述强度信息与所述灰度信息分别计算投影率；

从多个所述候选外参中获取所述投影率最大的所述候选外参作为目标外参。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据多个所述候选外参中每个所述候选外参对应的所述强度信息与所述灰度信息分别计算投影率，包括：

通过以下公式计算所述投影率Pr：

；

其中，I为所述强度信息，P为所述灰度信息，

为点云中第i个点云的点云坐标，

为第i个点云投影到图像上的图像坐标，K为所述第二探测设备的相机矩阵，R和T为外参，R为旋转系数，T为平移系数，n为点云数量。

8.一种探测设备的参数标定装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取目标标定板对应的点云数据和像素图像数据，其中，所述点云数据是从行驶设备上部署的第一探测设备对所述目标标定板扫描到的点云上得到的，所述点云数据用于指示所述点云的点云位置和强度信息，所述像素图像数据是从所述行驶设备上部署的第二探测设备对所述目标标定板拍摄到的像素图像上得到的，所述像素图像数据用于指示所述像素图像中所展示的像素点的像素位置和灰度信息；

生成模块，用于生成所述第一探测设备与所述第二探测设备之间的初始外参，其中，探测设备之间的外参用于指示探测设备之间的数据变换关系；

确定模块，用于根据所述初始外参，所述强度信息和所述灰度信息确定目标外参。

9.一种计算机可读的存储介质，其特征在于，所述计算机可读的存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至7中任一项所述的方法。

10.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为通过所述计算机程序执行权利要求1至7中任一项所述的方法。

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