CN219533396U - 一种激光雷达与双目相机联合标定平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型在土木工程机器视觉技术领域，提供一种激光雷达与双目相机联合标定平台，包括，标定板和主体固定装置；主体固定装置呈三层塔状结构，包括顶层、中间层和底层；在主体固定装置的顶层固定一激光雷达，在主体固定装置的中间层固定一双目相机，在所述主体固定装置的底层固定一计算设备；激光雷达与计算设备通信连接，所述双目相机与所述计算设备通信连接。本实用新型提供具有小体积、轻量化和低成本的优势，能够满足小型无人机、无人船和智能家居等载重要求较高的设备的需要。

Description

一种激光雷达与双目相机联合标定平台

技术领域

本实用新型涉及土木工程机器视觉技术领域，尤其涉及一种激光雷达与双目相机联合标定平台。

背景技术

当前自动驾驶系统和无人移动机器人通常采用传感器融合技术，以集成多种传感器模式的数据来减少检测不确定性和克服单一传感器独立运行的局限性。然而，目前无人移动机器人应用传感器设备主要集中在大型交通设备或小型无人车上，这些设备的负载要求不是很严格。对于对载重要求较高的小型无人机或无人船等设备，传感器融合技术的应用面临更高的规格要求，这限制了多传感器标定平台在小型无人机或无人船等领域的应用。

实用新型内容

本实用新型提供了一种激光雷达与双目相机联合标定平台，以解决现有技术中缺乏一种小型、轻量化和低成本的激光雷达与双目相机联合标定平台的技术问题。

本实用新型提供的技术方案如下：

本实用新型的一个目的在于提供一种激光雷达与双目相机联合标定平台，所述激光雷达与双目相机联合标定平台包括，标定板和主体固定装置；

所述主体固定装置呈三层塔状结构，包括顶层、中间层和底层；在所述主体固定装置的顶层固定一激光雷达，在所述主体固定装置的中间层固定一双目相机，在所述主体固定装置的底层固定一计算设备；

所述激光雷达与所述计算设备通信连接，所述双目相机与所述计算设备通信连接。

在一个较佳的实施例中，所述主体固定装置的三层塔状结构，相邻两层塔状结构之间采用螺栓支撑的方式搭接。

在一个较佳的实施例中，所述激光雷达通过预留安装孔的方式固定在所述主体固定装置的顶层；所述双目相机通过预留安装孔的方式固定在所述主体固定装置的中间层；所述计算设备通过预留安装孔的方式固定所述主体固定装置的底层。

在一个较佳的实施例中，所述主体固定装置的长度和宽度限值在100~200mm之间，高度限值在150~300mm之间。

在一个较佳的实施例中，所述主体固定装置的顶层、中间层和底层，采用轻质金属或PCV塑料板制备，所述主体固定装置的顶层、中间层和底层的厚度限值在3~6mm之间。

在一个较佳的实施例中，所述主体固定装置的顶层、中间层和底层相互平行，或者所述主体固定装置的顶层、中间层和底层两两之间的夹角偏差不超过10°。

在一个较佳的实施例中，所述计算设备包括处理器和存储器，

所述处理器包括标定数据采集模块、双目相机内参标定模块、激光雷达与双目相机外参联合标定模块和标定结果验算模块；

所述标定数据采集模块，用于获取标定板所处环境的点云与图像数据；

所述双目相机内参标定模块，用于获取双目相机的内参标定文件；

所述激光雷达与双目相机外参联合标定模块，用于获取激光雷达与双目相机的外参标定文件；

所述标定结果验算模块，用于检验在实际环境中标定结果的可靠性。

本实用新型上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

本实用新型提供一种激光雷达与双目相机联合标定平台，针对小型无人移动机器设备在复杂环境中的机器视觉提供技术支持，从而实现更加高效、精确的检测、定位与模型重建。

本实用新型提供一种激光雷达与双目相机联合标定平台，具有小体积、轻量化和低成本的优势，能够满足小型无人机、无人船和智能家居等载重要求较高的设备的需要，为人们在未知环境下的探索与决策提供了更大的便利，可应用于复杂的环境中，具有广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型一种激光雷达与双目相机联合标定平台的结构示意图。

图2是本实用新型计算设备的结构框图。

图3是本实用新型计算设备的处理器的结构框图。

图4是本实用新型一个实施例中一种激光雷达与双目相机联合标定平台的标定过程流程图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的器件或者物件涵盖出现在该词后面列举的器件或者物件及其等同，而不排除其他器件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

需要说明的是，本实用新型中使用的“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1所示本实用新型一种激光雷达与双目相机联合标定平台的结构示意图，根据本实用新型的实施例，提供一种激光雷达与双目相机联合标定平台，包括，标定板1和主体固定装置5。

主体固定装置5呈三层塔状结构，包括顶层501、中间层502和底层503。在主体固定装置5的顶层501固定一激光雷达2，在主体固定装置5的中间层502固定一双目相机3，在主体固定装置5的底层503固定一计算设备4。

主体固定装置5的三层塔状结构，相邻两层塔状结构之间采用螺栓支撑的方式搭接。即主体固定装置5的顶层501与主体固定装置5的中间层502之间采用螺栓支撑的方式搭接，主体固定装置5的中间层502与主体固定装置5的底层503之间采用螺栓支撑的方式搭接，使主体固定装置5的顶层501、中间层502和底层503两两之间相对保持一定距离且固定。

在一些实施例中，主体固定装置5的顶层501、中间层502和底层503相互平行，或者所述主体固定装置的顶层、中间层和底层两两之间的夹角偏差不超过10°。

根据本实用新型的实施例，主体固定装置5的顶层501、中间层502和底层503，采用轻质金属或PCV塑料板制备，主体固定装置5的顶层501、中间层502和底层503的厚度限值在3~6mm之间。

在一个优选的实施例中，主体固定装置5的长度和宽度限值在100~200mm之间，高度限值在150~300mm之间。

根据本实用新型的实施例，激光雷达2通过预留安装孔的方式固定在主体固定装置1的顶层501。双目相机3通过预留安装孔的方式固定在主体固定装置5的中间层502。计算设备4通过预留安装孔的方式固定主体固定装置5的底层503。

进一步地，激光雷达2的下端正中心处预留安装孔，双目相机3的下端正中心处预留安装孔，计算设备4的下端正中心处预留安装孔。激光雷达2、双目相机3和计算设备4通过预留的安装孔固定在主体固定装置5的三层塔状结构。

更进一步地，激光雷达2、双目相机3和计算设备4预留的安装孔，使用螺丝和热熔胶固定在主体固定装置5的三层塔状结构。

根据本实用新型的实施例，激光雷达2与计算设备4通信连接，双目相机3与计算设备4通信连接。具体地，激光雷达2、双目相机3和计算设备4均设置数据接口，激光雷达2和双目相机3通过通信线缆连接至计算设备4。

可选地，激光雷达2采用16线以上且平面局部扫描或者全方位扫描的三维型激光雷达，双目相机3采用包含惯性测量单元（IMU）的双目相机。

在一些实施例中，双目相机3亦可采用多相机标定形式进行标定。

如图2所示本实用新型计算设备的结构框图，图3所示本实用新型计算设备的处理器的结构框图，根据本实用新型的实施例，计算设备4包括处理器401和存储器402。

在一些实施例中，计算设备4为微信计算机、终端或服务器中的一种。计算设备4为具有机器学习计算能力的GPU型计算设备。

处理器401包括标定数据采集模块4011、双目相机内参标定模块4012、激光雷达与双目相机外参联合标定模块4013和标定结果验算模块4014。

标定数据采集模块4011，用于获取标定板1所处环境的点云与图像数据。具体地，获取标定板1所处环境的点云与图像数据包括如下步骤：

在内参标定时，基于双目相机3，获取标定板1在双目相机3的空间坐标系中不同位姿信息。其中，位姿信息包括标定板1在双目相机3的左、右摄像头的局部坐标系下位置与姿态信息（图像数据）。

在外参标定前，基于激光雷达2和双目相机3，获取标定板1在激光雷达2和双目相机3的空间坐标系中各自的位姿信息。其中，位姿信息包括标定板1在激光雷达2的局部坐标系下的点云数据和在双目相机3在激光雷达2的局部坐标系下的位置与姿态信息（图像数据）。

双目相机内参标定模块4012，用于获取双目相机3的内参标定文件。获取双目相机3的内参标定文件包括如下步骤：

通过移动并倾斜标定板1，双目相机3从不同角度捕捉到整个标定板1画面，直到获取双目相机3的合格校准。

基于标定板1在双目相机3空间坐标系中的不同位姿信息，进行标定计算双目相机3的内参，得到内参标定文件。

双目相机3的内参标定文件，包括双目相机3的左、右摄像头的内参矩阵，左、右摄像头联合标定的内参矩阵、标定误差和验证误差。

激光雷达与双目相机外参联合标定模块4013，用于获取激光雷达2与双目相机3的外参标定文件。获取激光雷达2与双目相机3的外参标定文件包括如下步骤：

基于双目相机3的内参标定文件和标定板1的点云和图像数据，通过标定程序或者标定工具包实现激光雷达2与双目相机3的外参标定，得到外参标定文件。

激光雷达2与双目相机3的外参标定文件包括，双目相机3的校正矩阵、畸变系数矩阵、激光雷达2与双目相机3的外参矩阵、标定误差和验证误差。

标定结果验算模块4014，用于检验在实际环境中标定结果的可靠性。检验在实际环境中标定结果的可靠性包括如下步骤：

基于激光雷达2和双目相机3的外参标定文件，检验实际环境标定结果的可靠性，根据验算结果完善标定步骤。

下面对本实用新型提供的一种激光雷达与双目相机联合标定平台的标定方法进行说明。

如图4所示本实用新型一个实施例中一种激光雷达与双目相机联合标定平台的标定过程流程图，使用本实用新型一种激光雷达与双目相机联合标定平台的标定方法包括如下方法步骤：

步骤S1、双面相机3的内参标定。

移动并倾斜标定板1，利用双目相机3都从不同角度捕获标定板1的位姿信息，直到获取双目相机3的合格校准，最后标定计算双目相机3的内参，得到内参标定文件。

双面相机3的内参标定文件包括双目相机3的左、右摄像头的内参矩阵，左、右摄像头联合标定的内参矩阵、标定误差和验证误差。

具体地实施例中，标定板1边长尺寸大于400mm，可以是棋盘格、圆形格、二维码格或者混用型标定板，特别地采用多个标定板。

首先，在Ubuntu系统（乌班图系统，一个以桌面应用为主的Linux操作系统）中安装autoware标定工具包并运行，保证标定校准窗口中始终突出显示标定板1，移动标定板1以便在视野的左右上下边缘检测到标定板1，以及双目相机3不同角度倾斜检测标定板。

之后，标定计算双目相机3的内参矩阵，不断校准标定效果直至良好校准，得到双目相机3的内参标定文件。

步骤S2、激光雷达2与双目相机3的外参标定。

先移动并倾斜标定板1获取点云和图像标定数据，再基于双目相机3的内参文件，通过标定程序或者标定工具包实现激光雷达2与双目相机3的外参标定，得到外参标定文件。

激光雷达2与双目相机3的外参标定文件包括，双目相机3的校正矩阵、畸变系数矩阵、激光雷达2与双目相机3的外参矩阵、标定误差和验证误差。

具体地实施例中，外参标定采用张正友标定法。

首先，求解单应矩阵方程、内参矩阵和外参矩阵，得到标定方程的旋转矩阵和平移矩阵。

之后，通过内参矩阵和外参矩阵，采用最小二乘法的方法近似拟合畸变初始解，即畸变系数矩阵。

操作标定板1在校准窗口录制激光雷达点云与双目相机的图像数据包，再导入双目相机3的内参文件，在autoware标定工具包中，选择10个以上时间帧的图像匹配相应的点云位姿。最后计算标定误差，不断完善标定的效果，得到外参标定文件。

步骤S3、结果验算。

将步骤S2和步骤S3中的双面相机3的内参标定文件、激光雷达2与双目相机3的外参标定文件导入标定结果验算模块4014，检验在实际环境中标定结果的可靠性，最后根据验算结果完善标定步骤。

具体地实施例中，将步骤S2和步骤S3中的双面相机3的内参标定文件、激光雷达2与双目相机3的外参标定文件导入标定结果验算模块4014，打开Rviz软件可视化实际的点云与相机界面，检验在实际环境中标定结果的可靠性，最后保证验算误差大小低于0.2。

本实用新型中存储器402中存储有至少一条指令，至少一条指令由处理器401加载并执行以实现本实用新型一种激光雷达与双目相机联合标定平台的标定方法。

有以下几点需要说明：

（1）本实用新型实施例附图只涉及到与本实用新型实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

（2）为了清晰起见，在用于描述本实用新型的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的器件被称作位于另一器件“上”或“下”时，该器件可以“直接”位于另一器件“上”或“下”或者可以存在中间器件。

（3）在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种激光雷达与双目相机联合标定平台，其特征在于，所述激光雷达与双目相机联合标定平台包括，标定板和主体固定装置；

所述主体固定装置呈三层塔状结构，包括顶层、中间层和底层；在所述主体固定装置的顶层固定一激光雷达，在所述主体固定装置的中间层固定一双目相机，在所述主体固定装置的底层固定一计算设备；

所述激光雷达与所述计算设备通信连接，所述双目相机与所述计算设备通信连接。

2.根据权利要求1所述的激光雷达与双目相机联合标定平台，其特征在于，所述主体固定装置的三层塔状结构，相邻两层塔状结构之间采用螺栓支撑的方式搭接。

3.根据权利要求1所述的激光雷达与双目相机联合标定平台，其特征在于，所述激光雷达通过预留安装孔的方式固定在所述主体固定装置的顶层；所述双目相机通过预留安装孔的方式固定在所述主体固定装置的中间层；所述计算设备通过预留安装孔的方式固定所述主体固定装置的底层。

4.根据权利要求1所述的激光雷达与双目相机联合标定平台，其特征在于，所述主体固定装置的长度和宽度限值在100~200mm之间，高度限值在150~300mm之间。

5.根据权利要求1所述的激光雷达与双目相机联合标定平台，其特征在于，所述主体固定装置的顶层、中间层和底层，采用轻质金属或PCV塑料板制备，所述主体固定装置的顶层、中间层和底层的厚度限值在3~6mm之间。

6.根据权利要求1所述的激光雷达与双目相机联合标定平台，其特征在于，所述主体固定装置的顶层、中间层和底层相互平行，或者所述主体固定装置的顶层、中间层和底层两两之间的夹角偏差不超过10°。