1.一种相机与激光雷达之间外参无目标自动标定方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤101,根据相机与激光雷达之间的运动约束获取相机与激光雷达之间外参的初始估计;
步骤102,根据相机与激光雷达之间的互信息特征以及外参的初始估计获取相机与激光雷达之间外参的优化估计。
2.根据权利要求1所述相机与激光雷达之间外参无目标自动标定方法,其特征在于,步骤101具体包括:
步骤201,获取相机与激光雷达的运动轨迹;
步骤202,基于相机与激光雷达的运动约束与运动轨迹建立高斯赫尔默特模型;
步骤203,对高斯赫尔默特模型进行最小二乘估计,获取相机与激光雷达之间外参的初始估计。
3.根据权利要求2所述相机与激光雷达之间外参无目标自动标定方法,其特征在于,步骤201中,所述相机与激光雷达的运动轨迹为:
式中,rai为激光雷达的旋转轨迹,tai为激光雷达的平移轨迹,rci为相机的旋转轨迹,λtci为相机的平移轨迹,其中,λ为相机的未知尺度因子,λ的求取过程为:
若限定相机与激光雷达做同步的平移运动,则有:
||rci||=||rai||=0,||λtci||=||tai||
进而得到:
令上式的一阶导数为0,则有:
最终得到:
式中,m表示相机与激光雷达平移运动的段数,||·||表示二范数。
4.根据权利要求2所述相机与激光雷达之间外参无目标自动标定方法,其特征在于,步骤202的过程具体为:限定相机与激光雷达的运动约束为同步平移与旋转,则有:
式中,gt(x,li)表示限定相机与激光雷达之间的旋转约束,gr(x,li)表示限定相机与激光雷达之间的平移约束,r(·)表示相应角度轴矢量的旋转矩阵,x=[η,ξ],其中,x表示相机与激光雷达之间的外参,η表示相机与激光雷达之间外参中的旋转参数,ξ表示相机与激光雷达之间外参中的平移参数;
在无噪声的情况下,外参x满足:
式中,x*表示无噪声的情况下的外参;
获取相机、激光雷达实际运动轨迹与无噪声情况下运动轨迹的误差:
式中,
建立高斯赫尔默特模型:
subjecttogt(x,εi+li)=0
gr(x,εi+li)=0
式中,
5.根据权利要求1至4任一项所述相机与激光雷达之间外参无目标自动标定方法,其特征在于,步骤102具体包括:
步骤301,根据相机与激光雷达之间外参的初始估计建立相机与激光雷达之间的投影模型;
步骤302,利用投影模型获取相机与激光雷达的共视点;
步骤303,获取每一个共视点的灰度值与反射率,进而获得所有共视点的灰度值直方图与反射率直方图;
步骤304,获取灰度值直方图与反射率直方图的相似度,调整相机与激光雷达之间的外参估计使得灰度值直方图与反射率直方图的相似度最大,此时相机与激光雷达之间的外参估计即为外参的优化估计。
6.根据权利要求5所述相机与激光雷达之间外参无目标自动标定方法,其特征在于,步骤302具体包括:
利用投影模型对激光雷达的激光落点进行投影转换:
c=π(k(r(η)·s+ξ))
式中,s表示激光雷达的激光落点,c表示经过投影模型投影转换后的激光雷达的激光落点,k表示相机矩阵,π(·)表示欧式标准化,即将激光落点由三位坐标转换为二维的图像坐标;
筛选出位于相机视场内的经过投影模型投影转换后的激光雷达的激光落点,即为相机与激光雷达的共视点。
7.根据权利要求5所述相机与激光雷达之间外参无目标自动标定方法,其特征在于,步骤302还包括剔除共视点中的遮挡点。
8.根据权利要求7所述相机与激光雷达之间外参无目标自动标定方法,其特征在于,步骤302中,剔除遮挡点的过程为:
步骤401,对所有的共视点进行从1~n的编号,其中,n为共视点的总数;
步骤402,获取相机视场下的相机共视点序列与机关雷达视场下的激光雷达共视点序列,其中,相机共视点序列与激光雷达共视点序列的排列方式相同;
步骤403,以相机共视点序列与激光雷达共视点序列中的一个作为标准序列,另一个作为判定序列;
步骤404,若标准序列与判定序列相同,则判定无遮挡点,否则判定存在遮挡点,并提取出判定序列中所有相对于标准序列存在相互交换位置情况的点集组;
步骤405,判定点集组中深度值较大的点集中的点为遮挡点,将其从共视点中剔除。
9.根据权利要求5所述相机与激光雷达之间外参无目标自动标定方法,其特征在于,步骤304中,灰度值直方图与反射率直方图的相似度为:
mi(s,c)=h(s)+h(c)-h(s,c)
式中,mi(s,c)表示灰度值直方图与反射率直方图的相似度,s表示共视点的反射率,c表示共视点的灰度值,h(s)表示反射率的不确定性,h(c)表示灰度值的不确定性,h(s,c)表示反射率与灰度值共同观察时的不确定性。
10.一种相机与激光雷达之间外参无目标自动标定系统,包括:存储器和处理器,所述存储器存储有相机与激光雷达之间外参无目标自动标定程序,所述处理器在运行所述程序时执行所述权利要求1~9任一项方法所述的步骤。