[发明专利]一种鱼眼相机与单线激光雷达的外方位元素的标定方法

说明书

本发明公开了一种鱼眼相机与单线激光雷达的外方位元素的标定方法，是一种以特制的红外相机为中间媒介，实现搭载鱼眼镜头的相机(即鱼眼相机)与单线激光雷达的外方位元素的标定方法。其主要步骤包括：定制特定波段的红外相机，获取该波段的激光影像；红外相机的内方位元素标定；鱼眼相机内方位元素标定；红外相机与激光雷达外方位元素标定；红外相机与鱼眼相机的外方位元素标定；鱼眼相机与单线激光雷达外方位元素求解。本发明所使用的装置成本低，数据获取简单直接，从底层硬件层面将异源数据融合在一起，无需进行视觉数据拟合，有很好的标定效果，能够用于移动测量系统和空间数字孪生装备的视觉传感器标定。

技术领域

本发明涉及多传感器融合，异源数据融合，数字图像和空间数字孪生数据处理技术领域，具体涉及一种鱼眼相机与单线激光雷达的外方位元素的标定方法。

背景技术

自激光雷达在机器人等领域的应用加速人们的认知以来，有关激光雷达的话题就一直不断。近年来，随着机器人技术，自动驾驶技术，激光SLAM技术的蓬勃发展，激光雷达作为一种高精度，高效率，强可靠性的传感器被越来越多地应用于高科技领域中。然而，激光雷达虽然能获取高精度的几何信息，但是它无法记录被扫描物体的颜色，纹理信息；能够采集物体的颜色纹理信息的成像设备(相机，摄像头等)又不能得到被摄物体的几何特征。面对这样的矛盾，业内人士提出了很多将激光雷达与相机两种不同的传感器结合在一起使用的案例(如自动驾驶，无人机建模)。这其中，二者外方位元素的精确标定是至关重要的，一组高精度的标定参数是实现激光雷达数据和相机数据融合所必不可少的。

现有技术中，申请号为201010223750.7的专利文献公开了一种单线激光雷达和CCD相机相互关系的标定方法，基于CCD相机可以弱成像单线激光雷达使用的红外光源的这一条件。首先，在立方体标定键辅助下提取位于扫描面内的虚拟控制点；然后，使用红外滤光片虑掉可见光，仅使红外光成像，然后对有扫描线信息的红外图像进行增强、二值化处理再进行Hough变换，提取两条激光扫描线，扫描线交点即为虚拟控制点在图像中的像坐标。

申请号为201410065887.2的专利公开了一种单线激光雷达与普通CCD相机标定的方法，该方法利用打印棋盘格的V型靶标，首先提取激光雷达扫描在V型靶标上的数据；接着通过张正友标定法求得红外图像的空间位置；然后分别在雷达和红外图像上求得V型靶标左右两平面中两条扫描线各自的方向向量和扫描线交点坐标；最后通过两组方向向量的对应关系以及旋转矩阵R是一正交矩阵的特性联立方程求解旋转矩阵R；进而依靠一组对应点的交点坐标在求得旋转矩阵R的基础上求平移矩阵T。

本申请发明人在实施本发明的过程中，发现现有技术的方法，至少存在如下技术问题：

现有技术中的标定方法，为了使可见光波段的成像不受红外波段的影响，往往自带红外滤波器(IFC)。其本身剔除红外波段信息使得CCD芯片无法感受。如果去除该装置则破坏了相机本身对可见光波段的成像质量，此举无疑减少了相机在很多工程应用中发挥作用的可能。另外，搭载鱼眼镜头的CCD相机由于鱼眼镜头结构本身的特殊性，无法进行增添滤光片的操作，仅凭这样以来会大大增加所需曝光时间，且需要在黑暗环境下进行。目前公开的论文和专利文献中的利用红外波段影像的方法均不适用于搭载鱼眼镜头的相机，这也限制了点云产品与全景影像二者的融合应用。

由此可知，现有技术中存在不适用于搭载鱼眼镜头的相机与激光雷达的标定或者标定效果较差的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种鱼眼相机与单线激光雷达的外方位元素的标定方法，用以解决或者至少部分解决现有技术中存在的不适用于搭载鱼眼镜头的相机与激光雷达的标定或者标定效果较差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种鱼眼相机与单线激光雷达的外方位元素的标定方法，包括：

步骤S1：制作预设数量的正方形标定板，并将预设数量的正方形标定板均匀张贴于墙壁，同时对正方形标定板进行编号，建立全站仪坐标系，制作V型标定板；