[发明专利]一种基于ROS的激光雷达、摄像头的融合标定系统及标定方法

权利要求书

1.一种基于ROS的激光雷达、摄像头的融合标定系统，其特征在于：包括雷达标定模块，其用于获取激光雷达的外部参数，即激光雷达的雷达坐标系到世界坐标系的变换关系；

相机标定模块，用于获取摄像头的内部参数；

融合标定模块，用于接收激光雷达的外部参数以及相机的内部参数，求解相机的外部参数，即求解出世界坐标系到相机坐标系的变换关系；

前述的雷达标定模块、相机标定模块以及融合标定模块之间基于ROS平台实现数据的传输；

前述的雷达标定模块包括激光雷达，还包括桩桶以及两块标定板，

前述的相机标定模块包括摄像头以及一块标定板；

前述的雷达标定模块，通过放置在激光雷达外部不同位置处的桩桶以及两块标定板，提取桩桶的一个角点以及两块标定板中的6-8个角点，获取所有角点在世界坐标系中的坐标以及在雷达坐标系中的坐标，通过解方程获取雷达坐标系至世界坐标系的变换矩阵；

前述的相机标定模块，通过将标定板在摄像头中置于不同角度及位置，且基于ROS获取相机内部参数，即将相机坐标系中的物体成像至像素坐标；

前述的融合标定模块，将雷达标定模块中的7-9个角点在雷达坐标系中的坐标变换至世界坐标系中的坐标，同时通过相机标定模块获取前述7-9个角点的像素坐标，通过求解位姿估计问题，得到世界坐标系至像素坐标系的转换关系，实现三维物体与二维像素的匹配，即融合。

2.一种基于ROS的激光雷达、摄像头的融合标定方法，用于如权利要求1所述的融合标定系统，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：通过相机标定模块获取摄像头的内部参数，即相机坐标系至像素坐标系的转换关系；

第二步：通过雷达标定模块获取激光雷达坐标与世界坐标之间的外部参数，即雷达坐标系与世界坐标系之间的转换关系；

第三步：在融合模块中，获取雷达标定模块中桩桶以及两块标定板的7-9个角点作为特征点，其中选取9个特征点，分别获取前述9个特征点分别在世界坐标系、像素坐标系中的坐标；

第四步：通过融合标定模块求解位姿估计问题，即求解出上述9个特征点世界坐标系到像素坐标系的转换关系，前述转换关系的实现通过DLS、UPnP、P3P以及EPnP算法实现，完成两者的融合；

第五步：将激光雷达实时获取的点云数据通过转换关系即变换矩阵投影至摄像头获取的图像中，验证是否对应，若两者匹配有误则继续重复第一步至第四步步骤；

第六步：若两者匹配无误，则证明已经获取世界坐标系至像素坐标系的转换关系，完成融合工作。

3.根据权利要求2所述的基于ROS的激光雷达、摄像头的融合标定方法，其特征在于：前述的第一步中通过相机标定模块获取摄像头的内部参数，具体包括以下步骤：

第11步，准备好带有黑板棋盘格的标定板；

第12步：利用基于ROS平台的摄像头调用可见光摄像头，并通过内置或编写显示图像的ROS包，完成摄像头数据的调用以及实时显示；

第13步：启动ROS平台中的单目相机标定工具；

第14步：移动标定板到画面的最左、最右，最上方、最下方，移动标定板到视野的最近处和最远处，移动标定板使其充满整个画面，同时保持标定板倾斜状态，获取标定板在画面各个位置对应的数据，完成相机内参标定。

4.根据权利要求2所述的基于ROS的激光雷达、摄像头的融合标定方法，其特征在于：前述标定方法中的第二步，具体包括以下步骤：

第21步：将激光雷达供电，激光雷达发射器发射激光束，激光雷达接收器接收反射回来的点云数据；

第22步：利用ROS平台打开工控机网口，接收激光雷达点云数据，将消息转化为基于ROS平台下的点云标准数据；

第23步：通过在激光雷达前方人为设置具有角点的装置，即一块桩桶及两块标定板，获取其6-8个角点的世界坐标系中的坐标以及雷达坐标系坐标；

第24步：求解位姿变换问题，得到雷达坐标系相对于世界坐标系的变换关系。