CN118091622B - 一种车载激光雷达外参标定系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载激光雷达外参标定系统及方法，属于车载激光雷达技术领域。所述车载激光雷达外参标定系统包括车辆固定装置、第一反射板、第二反射板、反射柱和水平仪，所述车辆固定装置用于对待标定车辆进行固定；所述第一反射板、第二反射板和反射柱分别设置在车辆的车载激光雷达前方，所述反射柱与待标定车辆的后轴中心、车载激光雷达的安装位置处于一条直线上，所述第一反射板和第二反射板分别位于反射柱的两侧，所述第一反射板、第二反射板和反射柱均用于反射车载激光雷达发出的雷达波。本发明提供一种车载激光雷达外参标定系统及方法，节约动态标定所造成的不稳定性，减少了传统标定中大量的数据计算量。

Description

一种车载激光雷达外参标定系统及方法

技术领域

本发明涉及一种车载激光雷达外参标定系统及方法，属于车载激光雷达技术领域。

背景技术

目前，激光雷达是一种发射激光束探测目标位置、速度等特征量的雷达系统。现在大量使用在汽车的智能驾驶领域，为智能驾驶技术的安全性和可靠性提供保障。因为车载激光雷达是将车辆与雷达相结合，所以想要通过雷达来获得准确的车辆位置信息，就需要进行外参标定。外参标定是将雷达的自身坐标与车身坐标相融合，从而准确的获取自车与目标车之间的实际距离，为智能驾驶的判断提供有力的判断依据。

现有技术方案如：授权公告号为CN215494114U的专利《一种车载激光雷达外参标定系统》，授权公告号为 CN111208492B的专利《车载激光雷达外参标定方法及装置、计算机设备及存储介质》。上述激光雷达的外参标定方案中，大多采用动态标定的方式，需要车辆采取一定的行动轨迹或者雷达进行不同程度的方向变化，从而获取可以调节参数的数据，在实际操作过程中存在很多不稳定因素，且较大的空间，很大程度上会影响标定的效率。考虑到随着激光雷达技术的成熟，激光雷达在未来会大量运用在智能驾驶领域，需要一种高效的激光雷达激光雷达标定方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种车载激光雷达外参标定系统及方法，节约动态标定所造成的不稳定性，减少了传统标定中大量的数据计算量。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

本发明一方面提供一种车载激光雷达外参标定系统，它包括车辆固定装置、第一反射板、第二反射板、反射柱和水平仪，

所述车辆固定装置用于对待标定车辆进行固定；

所述第一反射板、第二反射板和反射柱分别设置在车辆的车载激光雷达前方，所述反射柱与待标定车辆的后轴中心、车载激光雷达的安装位置处于一条直线上，所述第一反射板和第二反射板分别位于反射柱的两侧，所述第一反射板、第二反射板和反射柱均用于反射车载激光雷达发出的雷达波；

所述水平仪设置在车载激光雷达的安装底座上，所述水平仪用于测量车载激光雷达在X轴和Y轴方向上的旋转角。

进一步，所述第一反射板的中心位置设置有第一反射贴纸，所述第一反射板的反射率与第一反射贴纸的反射率不相同。

进一步，所述第二反射板的中心位置设置有第二反射贴纸，所述第二反射板的反射率与第二反射贴纸的反射率不相同。

进一步，所述反射柱的中心位置设置有第三反射贴纸，所述反射柱的反射率与第三反射贴纸的反射率不相同。

进一步，所述第一反射板、第二反射板和反射柱的材质均为朗伯特漫反射板。

本发明另一方面提供一种车载激光雷达外参标定系统的标定方法，它包括：

步骤S1、进行场景标定，标定车辆的后轴中心为标定原点P，标定原点P的坐标为P（0，0，0），然后根据标定原点P的坐标来标定第一反射板、第二反射板和反射柱的中心位置处的标定点坐标，第一反射板的中心位置处的标定点A₁的坐标为A₁（x₁，y₁，z₁），第二反射板的中心位置处的标定点A₂的坐标为A₂（x₂，y₂，z₂），反射柱的中心位置处的标定点A₃的坐标为A₃（x₃，y₃，z₃）；

步骤S2、待标定车辆进入车辆固定装置后停止，车辆固定装置对待标定车辆进行位置固定；

步骤S3、读取水平仪信息，将读取得到的车载激光雷达的绕X轴的旋转角row和绕Y轴的旋转角pitch写入车载激光雷达的旋转矩阵中，使车载激光雷达相对于X轴和Y轴处于水平状态；

步骤S4、开启车载激光雷达，读取车载激光雷达的点云信息，获取标定点A₁在车载激光雷达的点云图中的实际坐标B₁（x₄，y₄，z₄），获取标定点A₂在车载激光雷达的点云图中的实际坐标B₂(x₅，y₅，z₅)，获取标定点A₃在车载激光雷达的点云图中的实际坐标B₃（x₆，y₆，z₆）；

步骤S5、计算百帧内z₆-z₃的差值的均值，来获取车载激光雷达在Z轴方向上额外的偏移量，刷新已有的旋转矩阵，获得匹配的Z轴坐标，将标定点A₃在车载激光雷达的点云图中的实际坐标B₃（x₆，y₆，z₆）与标定点A₃（x₃，y₃，z₃）进行对比，计算百帧内的x₆-x₃和y₆-y₃的均值，写入并更新旋转矩阵，从而获得新的差异化区域坐标C₁（x₄，y₄，z₁）和C₂（x₅，y₅，z₂），最后通过C₁（x₄，y₄，z₁）和C₂（x₅，y₅，z₂）计算得到车载激光雷达的绕Z轴的旋转角yaw的度数，从而获得标定好的雷达外参矩阵，完成当前车辆的车载激光雷达标定工作；

步骤S6、重复步骤S1～步骤S5，完成同批次车辆的车载激光雷达标定工作。

采用了上述技术方案，本发明采用了固定场景，节省标定所需的空间，减少成本。减少传统标定中所需的数据量，从每次标定需要计算六个数据量，到只需计算一个。从而减少了计算的数据量，提升计算效率。

附图说明

图1为本发明的一种车载激光雷达外参标定系统的架构图；

图2为本发明的第一反射板的结构示意图；

图3为本发明的第二反射板的结构示意图；

图4为本发明的反射柱的结构示意图；

图5为本发明的一种车载激光雷达外参标定系统的标定方法的流程图；

图6为本发明的车载激光雷达的点云图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种车载激光雷达外参标定系统，它包括车辆固定装置1、第一反射板3、第二反射板4、反射柱5和水平仪。

车辆固定装置1用于对待标定车辆进行固定，通过配套的限制脚架来将车辆固定在指定区域。

第一反射板3、第二反射板4和反射柱5分别设置在车辆的车载激光雷达前方，反射柱5与待标定车辆的后轴中心、车载激光雷达的安装位置2处于一条直线上，第一反射板3和第二反射板4分别位于反射柱5的两侧，第一反射板3、第二反射板4和反射柱5均用于反射车载激光雷达发出的雷达波。

水平仪设置在车载激光雷达的安装底座上，水平仪用于测量车载激光雷达在X轴和Y轴方向上的旋转角。

如图2、3、4所示，本实施例的第一反射板3的中心位置设置有第一反射贴纸6，第一反射板3的反射率与第一反射贴纸6的反射率不相同。第二反射板4的中心位置设置有第二反射贴纸7，第二反射板4的反射率与第二反射贴纸7的反射率不相同。反射柱5的中心位置设置有第三反射贴纸8，反射柱5的反射率与第三反射贴纸8的反射率不相同。本实施例的第一反射板3、第二反射板4和反射柱5的材质均为朗伯特漫反射板。第一反射板3的中心位置处的标定点A₁的坐标为A₁（x₁，y₁，z₁），第二反射板4的中心位置处的标定点A₂的坐标为A₂（x₂，y₂，z₂），反射柱5的中心位置处的标定点A₃的坐标为A₃（x₃，y₃，z₃）。

例如：第一反射板3的反射率为10%，则第一反射贴纸6的反射率为90%。同理第二反射板4的反射率为90%，则第二反射贴纸7的反射率为10%。反射柱5的尺寸为1000mm*50mm,反射柱5的位置位于第一反射板3和第二反射板4之间，且位于待标定车辆的后轴中心线上，距离车辆的左右边界距离相等，并且与第一反射板3、第二反射板4位于同一条直线上。如图6所示，不同反射率的区域，在激光雷达的点云图中显示的点云会有差异，图6中K点即为与周围区域存在差异的点云。第一反射板3、第二反射板4和反射柱5的中心位置采用与周围区域不同反射率的反射贴纸，以便于直接找到各个中心位置的点云。从而得到标定点A₁在车载激光雷达的点云图中的实际坐标B₁，获取标定点A₂在车载激光雷达的点云图中的实际坐标B₂，获取标定点A₃在车载激光雷达的点云图中的实际坐标B₃。

实施例二

如图5所示，本实施例提供一种车载激光雷达外参标定系统的标定方法，它包括：

步骤S1、进行场景标定，标定车辆的后轴中心为标定原点P，标定原点P的坐标为P（0，0，0），然后根据标定原点P的坐标来标定第一反射板3、第二反射板4和反射柱5的中心位置处的标定点坐标，第一反射板3的中心位置处的标定点A₁的坐标为A₁（x₁，y₁，z₁），第二反射板4的中心位置处的标定点A₂的坐标为A₂（x₂，y₂，z₂），反射柱5的中心位置处的标定点A₃的坐标为A₃（x₃，y₃，z₃），在标定车辆和车载激光雷达型号未发生改变的前提下，标定后无需二次标定。如图1所示，标定场所需要一个固定区域：

首先是车辆停放位置的限制区域以及其配套的限制脚架，其中固定区域的中心应该与汽车的后轴中心的地面投影点重合，此时标定车辆的后轴中心为标定原点P（0，0，0，）限制脚架也应在对应车型的轮胎限制区域。然后根据雷达安装位置的车模数据将雷达安装位置相对于后轴中心的偏移量（x，y，z）写入雷达上位机中的旋转矩阵，在理论层面上将雷达安装位置拟合至车辆后轴中心。

接着是第一反射板3、第二反射板4和反射柱5的位置，第一反射板3的中心位置处的标定点A₁的坐标为A₁（x₁，y₁，z₁），第二反射板4的中心位置处的标定点A₂的坐标为A₂（x₂，y₂，z₂），反射柱5的中心位置处的标定点A₃的坐标为A₃（x₃，y₃，z₃）。

至此该场景下的标定物的坐标已经确定。在标定车辆的型号以及雷达型号未发生改变时，场地标定信息无需发生变化。此时我们拥有四个坐标信息，标定原点P（0，0，0，）、第一反射板3的中心位置处的标定点A₁的坐标为A₁（x₁，y₁，z₁）、第二反射板4的中心位置处的标定点A₂的坐标为A₂（x₂，y₂，z₂）、反射柱5的中心位置处的标定点A₃的坐标为A₃（x₃，y₃，z₃）。

步骤S2、待标定车辆入场，进入车辆固定装置1后停止，车辆固定装置1升起脚架限制车辆运动，对待标定车辆进行位置固定。

步骤S3、读取水平仪信息，将读取得到的车载激光雷达的绕X轴的旋转角row和绕Y轴的旋转角pitch写入车载激光雷达的旋转矩阵中，使车载激光雷达相对于X轴和Y轴处于水平状态。在每辆车的车载激光雷达安装过程中，不可避免的会出现车载激光雷达绕X轴、Y轴和Z轴存在旋转角，通过本步骤方法则无需改变车载激光雷达的物理位置，通过软件算法消除车载激光雷达相对于X轴和Y轴的旋转角。

步骤S4、开启车载激光雷达，在上位机中读取车载激光雷达的点云信息，本实施例通过在第一反射板3、第二反射板4和反射柱5的中心位置粘贴不同于反射板和反射柱5本身反射率的贴纸，从而得到标定点A₁在车载激光雷达的点云图中的实际坐标B₁（x₄，y₄，z₄），获取标定点A₂在车载激光雷达的点云图中的实际坐标B₂(x₅，y₅，z₅)，获取标定点A₃在车载激光雷达的点云图中的实际坐标B₃（x₆，y₆，z₆）。

步骤S5、打开激光雷达显示点云的上位机，获取标定点A₁在车载激光雷达的点云图中的实际坐标B₁（x₄，y₄，z₄），获取标定点A₂在车载激光雷达的点云图中的实际坐标B₂(x₅，y₅，z₅)。由于在上一步中，车载激光雷达在X轴和Y轴的旋转角已经进行了校准，所以此时在Z轴向上存在的偏移应该为安装时存在的轴向误差，通过上位机计算百帧内z₁-z₂的差值的均值，来获取Z轴方向上的偏移量，刷新已有的旋转矩阵，从而获得匹配的Z轴坐标。将标定点A₃在车载激光雷达的点云图中的实际坐标B₃（x₆，y₆，z₆）与标定点A₃（x₃，y₃，z₃）进行对比，计算百帧内的x₆-x₃和y₆-y₃的均值，写入并更新旋转矩阵，此时造成雷达测距不准的参数只剩下绕Z轴的旋转角yaw，然后根据差异化区域坐标C₁（x₄，y₄，z₁）和C₂（x₅，y₅，z₂），计算得到车载激光雷达的绕Z轴的旋转角yaw的度数，写入并更新车载激光雷达的旋转矩阵中。

至此，车载激光雷达外参标定的六个数值（x，y，z，row，pitch，yaw）都已经标定完毕，从而获得标定好的车载激光雷达外参矩阵，一轮标定结束。

步骤S6、重复步骤S1～步骤S5，完成同批次车辆的车载激光雷达标定工作。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种车载激光雷达外参标定系统的标定方法，其特征在于，它包括：

步骤S1、进行场景标定，标定车辆的后轴中心为标定原点P，标定原点P的坐标为P（0，0，0），然后根据标定原点P的坐标来标定第一反射板（3）、第二反射板（4）和反射柱（5）的中心位置处的标定点坐标，第一反射板（3）的中心位置处的标定点A₁的坐标为A₁（x₁，y₁，z₁），第二反射板（4）的中心位置处的标定点A₂的坐标为A₂（x₂，y₂，z₂），反射柱（5）的中心位置处的标定点A₃的坐标为A₃（x₃，y₃，z₃）；

步骤S2、待标定车辆进入车辆固定装置（1）后停止，车辆固定装置（1）对待标定车辆进行位置固定；

步骤S3、读取水平仪信息，将读取得到的车载激光雷达的绕X轴的旋转角row和绕Y轴的旋转角pitch写入车载激光雷达的旋转矩阵中，使车载激光雷达相对于X轴和Y轴处于水平状态；

步骤S4、开启车载激光雷达，读取车载激光雷达的点云信息，获取标定点A₁在车载激光雷达的点云图中的实际坐标B₁（x₄，y₄，z₄），获取标定点A₂在车载激光雷达的点云图中的实际坐标B₂(x₅，y₅，z₅)，获取标定点A₃在车载激光雷达的点云图中的实际坐标B₃（x₆，y₆，z₆）；

步骤S5、计算百帧内z₆-z₃的差值的均值，来获取车载激光雷达在Z轴方向上额外的偏移量，刷新已有的旋转矩阵，获得匹配的Z轴坐标，将标定点A₃在车载激光雷达的点云图中的实际坐标B₃（x₆，y₆，z₆）与标定点A₃（x₃，y₃，z₃）进行对比，计算百帧内的x₆-x₃和y₆-y₃的均值，写入并更新旋转矩阵，从而获得新的差异化区域坐标C₁（x₄，y₄，z₁）和C₂（x₅，y₅，z₂），最后通过C₁（x₄，y₄，z₁）和C₂（x₅，y₅，z₂）计算得到车载激光雷达的绕Z轴的旋转角yaw的度数，从而获得标定好的雷达外参矩阵，完成当前车辆的车载激光雷达标定工作；

步骤S6、重复步骤S1～步骤S5，完成同批次车辆的车载激光雷达标定工作；

所述车载激光雷达外参标定系统包括车辆固定装置（1）、第一反射板（3）、第二反射板（4）、反射柱（5）和水平仪，

所述车辆固定装置（1）用于对待标定车辆进行固定；

所述第一反射板（3）、第二反射板（4）和反射柱（5）分别设置在车辆的车载激光雷达前方，所述反射柱（5）与待标定车辆的后轴中心、车载激光雷达的安装位置（2）处于一条直线上，所述第一反射板（3）和第二反射板（4）分别位于反射柱（5）的两侧，所述第一反射板（3）、第二反射板（4）和反射柱（5）均用于反射车载激光雷达发出的雷达波；

所述水平仪设置在车载激光雷达的安装底座上，所述水平仪用于测量车载激光雷达在X轴和Y轴方向上的旋转角；

所述第一反射板（3）的中心位置设置有第一反射贴纸（6），所述第一反射板（3）的反射率与第一反射贴纸（6）的反射率不相同；

所述第二反射板（4）的中心位置设置有第二反射贴纸（7），所述第二反射板（4）的反射率与第二反射贴纸（7）的反射率不相同；

所述反射柱（5）的中心位置设置有第三反射贴纸（8），所述反射柱（5）的反射率与第三反射贴纸（8）的反射率不相同。

2.根据权利要求1所述的车载激光雷达外参标定系统的标定方法，其特征在于：所述第一反射板（3）、第二反射板（4）和反射柱（5）的材质均为朗伯特漫反射板。