[发明专利]一种激光雷达和相机的联合标定方法

说明书

本发明涉及一种激光雷达和相机的联合标定方法，将传感器对准立方体靶标进行一次拍摄，激光雷达拍摄得到立方体靶标的三维点云，得到激光雷达坐标系到立方体靶标所在的世界坐标系之间的旋转矩阵R_LW和平移矩阵T_LW；相机拍摄得到立方体靶标的图像，得到相机坐标系到立方体靶标所在的世界坐标系之间的旋转矩阵R_CW和平移矩阵T_CW；最后根据对前两对旋转平移矩阵进行坐标系变换得到激光雷达和相机之间的旋转矩阵R_LC和平移矩阵T_LC。

技术领域

本发明属于传感器融合标定技术领域，具体涉及标定激光雷达和相机之间的外参。

背景技术

激光雷达基于ToF(Time of Flight)原理，通过给目标连续发送激光脉冲，然后用传感器接收物体返回的光，通过探测发射激光和接收激光的往返飞行时间来实现探测距离的目的。视觉测量是利用摄像头采集测量图像，利用图像信息与物方空间内几何信息间精确映射关系实现测量。采取激光雷达和相机融合的方案，激光雷达能够准确获取物体的三维信息，而相机能够获取物体丰富的纹理和色彩信息，将二者的优点结合能最大程度的提取物体信息。

激光雷达与视觉传感器的联合标定是传感器能准确测量的基础。对于激光雷达和视觉传感器的外参标定,分为在线方法和离线方法。在线标定是指在系统使用过程中对传感器进行标定，离线标定是指在使用前对传感器进行标定。当车辆或者机器人不能方便地进行离线标定时，就可以使用在线方法。然而，在可行的情况下，离线标定方法可以提供更准确的结果。

激光雷达和视觉传感器的离线标定一般采用张氏标定法,打印一张平面棋盘格靶标,将其放到不同的位置下分别用激光雷达和相机进行拍摄,根据激光雷达和相机之间的相对位置关系固定为几何约束,来找到激光雷达和相机之间的外参。但是这种方法需要反复移动靶标的位置，在多个位置下都要进行测量，才能得到比较准确的标定结果，操作比较繁琐，效率低下。

鉴于传统标定方法的不足，本发明提出一种激光雷达和相机之间的三维标定方法，只需一次测量即可得到激光雷达和相机之间的外参矩阵，操作简便，效率高。

发明内容

本发明的目的是解决传统激光雷达和相机标定效率低下的问题，提出一种激光雷达和相机标定的新方法，该方法只需一次测量即可得到激光雷达和相机之间的外参矩阵，标定效率高，准确度高。技术方案如下：

一种激光雷达和相机的联合标定方法，将传感器对准立方体靶标进行一次拍摄，激光雷达拍摄得到立方体靶标的三维点云，得到激光雷达坐标系到立方体靶标所在的世界坐标系之间的旋转矩阵R_LW和平移矩阵T_LW；相机拍摄得到立方体靶标的图像，得到相机坐标系到立方体靶标所在的世界坐标系之间的旋转矩阵R_CW和平移矩阵T_CW；最后根据对前两对旋转平移矩阵进行坐标系变换得到激光雷达和相机之间的旋转矩阵R_LC和平移矩阵T_LC。包括如下步骤:

(1)制作一个立方体盒子作为立方体靶标,盒子的三个相邻的面π₁、π₂、π₃布置一样的黑白棋盘格靶标,每个棋盘格的边长和棋盘格的数量已知；

(2)将激光雷达和相机固定，立方体靶标置于激光雷达和相机的视场中央，并且带有棋盘格的三个面朝向激光雷达和相机；

(3)激光雷达拍摄靶标获得靶标的深度图；

(4)根据小孔成像原理将深度图转化为激光雷达坐标系下的三维点云；

(5)利用随机采样一致性(RANSAC)算法拟合出π₁、π₂、π₃三个平面在激光雷达坐标系下的方程：