一种激光雷达与视觉相机的外参标定装置及标定方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110161485A(43)申请公布日2019.08.23(21)申请号201910511493.8(22)申请日2019.06.13(71)申请人同济大学地址200092上海市杨浦区四平路1239号(72)发明人熊璐邓振文张绍明黄禹尧王泽寒尹栋刘正发石立彬(74)专利代理机构上海科盛知识产权代理有限公司31225代理人杨宏泰(51)Int.Cl.G01S7/497(2006.01)G01S7/481(2006.01)G01S17/87(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图3页(54)发明名称一种激光雷达与视觉相机的外参标定装置及标定方法(57)摘要本发明涉及一种激光雷达与视觉相机的外参标定装置及标定方法，该装置包括依次设置的带有万向轮的支座、伸缩套筒、插入伸缩套筒上端内部且通过伸缩杆固定螺母固定位置的伸缩杆、固定在伸缩杆上端的球头座、球头座连接的球头支架以及与球头支架连接的标定板，所述的标定板为一表面平整的圆形黑色塑料板，在近边缘位置设置一个圆孔，且标定板表面按照棋盘格铣削方形凹槽，并在凹槽内嵌设白色方形的铝合金薄片，使铝合金薄片与标定板形成表面平整的矩形黑白棋盘格形式。与现有技术相比，本发明具有实用简便、通用性强等优点。CN110161485ACN110161485A权利要求书1/3页1.一种激光雷达与视觉相机的外参标定装置，设置在传感器融合系统前方，其特征在于，该装置包括依次设置的带有万向轮(9)的支座(8)、伸缩套筒(7)、插入伸缩套筒(7)上端内部且通过伸缩杆固定螺母(6)固定位置的伸缩杆(5)、固定在伸缩杆(5)上端的球头座(4)、球头座(4)连接的球头支架(2)以及与球头支架(2)连接的标定板(1)，所述的标定板(1)为一表面平整的圆形黑色塑料板，在近边缘位置设置一个圆孔，且标定板表面按照棋盘格铣削方形凹槽，并在凹槽内嵌设白色方形的铝合金薄片，使铝合金薄片与标定板形成表面平整的矩形黑白棋盘格形式。2.根据权利要求1所述的一种激光雷达与视觉相机的外参标定装置，其特征在于，所述的球头支架(2)包括一体成型的连接部和球头部，所述的连接部与标定板(1)连接，所述的球头部嵌设在球头座(4)内形成球头连接，用以实现标定板(1)调节旋转至任意方向和位置并通过球头紧固螺栓(3)固定。3.根据权利要求1所述的一种激光雷达与视觉相机的外参标定装置，其特征在于，所述的伸缩套筒(7)上端内部设有螺纹和纵向槽，所述的伸缩杆固定螺母(6)插入伸缩套筒(7)内部的固定端呈楔形。4.根据权利要求1所述的一种激光雷达与视觉相机的外参标定装置，其特征在于，所述的万向轮(9)设有4个，其内设有减震弹簧和刹车锁紧机构。5.一种应用如权利要求1所述的激光雷达与视觉相机的外参标定装置的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将外参标定装置设置在传感器融合系统前方；2)调节标定板上棋盘格的方向、高度以及与传感器融合系统间的距离，并分别获取多组不同方向、高度及距离条件下的激光点云和视觉相机图像数据对；3)进行数据处理，获得激光雷达与视觉相机的外参转换矩阵T，完成标定。6.根据权利要求5所述的标定方法，其特征在于，所述的步骤1)中，在单线激光雷达和视觉相机的外参标定过程中，使得单线激光雷达的扫描线通过标定板圆孔，并且使得所有棋盘格角点在视觉相机拍摄范围内，在多线激光雷达和视觉相机的外参标定过程中，多线激光雷达的多条激光扫描线扫描在标定板上，使得其中一条扫描线穿过标定板上的圆孔。7.根据权利要求5所述的标定方法，其特征在于，所述的步骤3)具体包括以下步骤：在单线激光雷达数据处理中：301)在单线激光雷达的激光点云中根据标定板的范围进行初步筛选，并通过点云的连续性和直线度提取标定板上的点云，确定最终的标定板点云；302)在最终的标定板点云中，获取激光扫描线分别与标定板边缘和圆孔边缘相交的四个交点A、B、C、D分别在激光雷达坐标系L下的坐标和在标定板坐标系W下的坐标；303)经过数据处理，获取四个交点A、B、C、D在激光雷达坐标下的三维点坐标与在相机坐标下的二维点坐标对应形成3D-2D的匹配关联点，采用EPnP方法获取外参的初始值，将所有关联点构造优化方程，通过迭代优化使外参收敛，收敛后的值即为单线激光雷达与视觉相机的外参转换矩阵T；在多线激光雷达数据处理中：311)在多线激光雷达的激光点云中根据标定板的范围、平面度和点云数量确定最终的标定板点云；2CN110161485A权利要求书2/3页312)对标定板点云采用奇异值分解SVD进行平面拟合，得到拟合平面的单位法向量；313)获取标定板点云中标定板轮廓的边缘点和圆孔的边缘点，将所有边缘点投影到拟合平面上得到投影点的二维坐标，并根据标