[发明专利]一种基于任意三面体的雷达-相机系统外部参数标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达-相机系统外部参数标定的方法，具体来说是一种基于任意三面体的雷达-相机系统外部参数标定方法。

背景技术

对地形环境的实时构建是移动机器人领域的一个基础问题，为了实现这一目的，通常采用双目相机系统或者一个雷达传感器来提供三维信息。但是双目相机系统由于需要进行致密的立体匹配来进行三维重建，耗时较大，容易受外部环境影响，所以无法满足实时性和准确性的要求；雷达传感器虽然可以提供实时三维信息，精度较高，但是缺少环境的颜色信息。因此，越来越多研究者将雷达和单目相机结合在一起构成一个雷达-相机系统来实时的提供具有颜色和三维信息的环境地图。

近年来，许多研究者也提供了一些雷达-相机系统外部参数标定的方法。文献1（Zhang,Q.；Pless,R，“Extrinsic calibration of a camera and laser range finder(improvecamera calibration)”，IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems，IROS,2004,pp.2301-2306.）和文献2（Unnikrishnan,R.;Hebert,M.，“Fast extrinsic calibration ofa laser rangefinder to a camera”，Technical report,Carnegie Mellon University,Rotbotics Institute,2005）利用棋盘格标定板来计算系统外部参数，棋盘格上的角点要在相机图像上手动提取，而且需要采集多幅图像，该方法很大程度上依赖于角点的提取准确程度，对光照也有一定要求。文献3（Rodriguez F,S.;Fremont,V.;Bonnifait,P，“Extrinsic calibration between a multi-layer lidar and a camera”，IEEE International ConferenceonMultisensor Fusion andIntegrationforIntelligentSystems,2008,pp.214–219.）和文献4（Li,G.;Liu,Y.;Dong,L.;Cai,X.;Zhou,D，“An algorithm for extrinsic parameters calibration of acamera and a laser range finder using line features”,IROS,2007,pp.3854-3859.）为了减小角点提取的误差，利用了特殊形状的标定物体，在雷达数据和图像数据中同时提取标定物的对应角点位置，但雷达数据本身的非致密性决定了该方法的准确性不会太高。近来，文献5（Pandey,G.;McBride,J.R.;Savarese,S.;Eustice,R.M.，“Automatictargetless extrinsic calibration of a3d lidar and camera by maximizing mutual information”，Proceedings of the AAAI National Conference on Artificial Intelligence,2012.）不依赖于任何的场景，仅利用雷达提供的三维点反射强度和相机图像的互信息来优化雷达-相机系统的外部参数，但是并不是所有的雷达都可以提供物体的反射强度，而且不同材质物体的反射强度并不相同。

发明内容

为了将雷达-相机数据有效的结合在一起，本发明的目的在于提供一种基于任意三面体的雷达-相机系统外部参数标定方法，即求解雷达系统和相机系统的位置转换关系；利用自然场景中常见的任意三面体，不依赖手工输入信息的准确性，而且仅需要两帧数据即可快速的进行外部参数求解。

本发明采用的技术方案的步骤如下：

（1）利用雷达-相机系统，对存在任意三面体的标定场景采集两帧数据，并根据三面体定义世界坐标系O_w-X_wY_wZ_w，采集的两帧数据间存在相对运动，且每帧数据中有对应的雷达采集的三维点云和相机采集的彩色图像；

（2）求解雷达系统参数：在三维点云中标注三面体三个面上的点，表示为：