一种用于激光-IMU外参标定的方法及系统与流程

文档序号:20910738发布日期:2020-05-29 13:01阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于激光-imu外参标定的方法,其特征是,包括如下步骤:

获取imu测量数据和激光雷达的测量数据;

对获得的imu测量数据进行imu预积分,计算获得imu下一时刻相对imu初始位姿的imu位姿变换估算值,根据估算值和下一时刻imu的实际测量值,获得数据关联的关联残差;

对激光雷达的测量数据进行处理,利用imu预积分将获得多个激光雷达点重投影到世界坐标系的投影坐标,计算每个激光雷达点到校准目标地图的重投影误差;

根据关联残差和计算获得的每个激光雷达点到校准目标地图的重投影误差,采用非线性最小二乘方法,迭代优化激光雷达-imu外参标定,获得外参标定结果。

2.如权利要求1所述的一种用于激光-imu外参标定的方法,其特征是:对获得的imu测量数据进行imu预积分,计算获得imu下一时刻相对imu初始位姿的imu位姿变换估算值,计算公式如下:

其中,t为当前时刻,t+δt时刻为下一时刻,r(t+δt)为t+δt时刻imu姿态,v(t+δt)为t+δt时刻imu的速度,p(t+δt)为t+δt时刻imu姿态的位置,r(t)为t时刻imu姿态,v(t)为t时刻imu的速度,p(t)为t时刻imu姿态的位置;bg(t)、ba(t)是imu中陀螺仪和加速度计的偏差,g为重力加速度,为imu角速度实际测量值ηgd(t)为imu角速度噪声为imu加速度实际测量值ηad(t)为imu加速度噪声。

3.如权利要求1所述的一种用于激光-imu外参标定的方法,其特征是:数据关联的关联残差具体为:

其中,为imu在m帧激光扫描时imu的残差向量,包含姿态残差,速度残差,位置残差,是第m帧激光雷达数据到来时imu在世界坐标系下的位置,是第m+1帧激光雷达数据到来时imu在世界坐标系下的位置,是第m帧激光雷达数据到来时imu在世界坐标系下的姿态,δtm是第m帧激光雷达数据与上一扫描时刻的时间间隔,是第m帧激光雷达数据到来时imu在世界坐标系下的速度,g为重力加速度,是在世界坐标系下m帧激光和m+1帧激光之间的位置差值,是第m+1帧激光雷达数据到来时imu在世界坐标系下的速度,是在世界坐标系下m帧激光和m+1帧激光之间的速度差值,是在世界坐标系下m帧激光和m+1帧激光之间的旋转差值。

4.如权利要求1所述的一种用于激光-imu外参标定的方法,其特征是:对激光雷达的测量数据进行处理,利用imu预积分将获得多个激光雷达点重投影到世界坐标系的投影坐标的方法,具体为:

将第i帧激光雷达坐标系fil中的点xi,投影到imu进行第i帧数据采集以imu原点为中心的坐标系fii中,获得坐标系fii中的坐标点;

采用imu预积分将投影到fii中的坐标点,投影到第一个激光坐标系f0l即为世界坐标系中,获得f0l坐标系下的坐标。

5.如权利要求1所述的一种用于激光-imu外参标定的方法,其特征是:每个激光雷达点到校准目标地图的重投影误差为:每个激光雷达点在世界坐标系中的坐标点到平面的距离。

6.如权利要求1所述的一种用于激光-imu外参标定的方法,其特征是:还包括通过一阶展开法计算修正偏差,对imu预积分的偏差和时间漂移进行修正,所述迭代优化激光雷达-imu外参标定的步骤中还加入修正偏差进行优化迭代计算。

7.如权利要求1所述的一种用于激光-imu外参标定的方法,其特征是:根据关联残差和计算获得的每个激光雷达点到校准目标地图的重投影误差,采用非线性最小二乘方法,迭代优化激光雷达-imu外参标定,获得外参标定结果的方法:包括平面分割获得激光雷达和imu之间的位姿估计值和数据关联的步骤;

或者

平面分割的方法包括如下步骤:

在第一帧激光扫描时通过ransac的平面拟合算法构成校准目标的目标平面p;

采用近邻搜索将每次激光扫描的激光点云数据关联至目标平面p,使得激光雷达和imu之间的姿态差异和位置差异最小,获得激光雷达和imu之间的位姿估计值;

或者

数据关联的步骤如下:

根据关联残差和计算获得的每个激光雷达点到校准目标地图的重投影误差,以及激光雷达和imu之间的位姿估计值,构建激光雷达和imu之间的关联数据集合;

采用非线性最小二乘的方法处理关联数据集合,以关联残差和重投影误差的和最小为目标,迭代优化获得激光-imu之间外部参数。

8.一种用于激光-imu外参标定的系统,其特征是,包括:

数据获取模块:用于获取imu测量数据和激光雷达的测量数据;

第一数据处理模块:用于对获得的imu测量数据进行imu预积分,计算获得imu下一时刻相对imu初始位姿的imu位姿变换估算值,根据估算值和下一时刻imu的实际测量值,获得数据关联的关联残差;

第二数据处理模块:用于对激光雷达的测量数据进行处理,利用imu预积分将获得多个激光雷达点重投影到世界坐标系的投影坐标,计算每个激光雷达点到校准目标地图的重投影误差;

外参标定结果计算模块:用于根据关联残差和计算获得的每个激光雷达点到校准目标地图的重投影误差,采用非线性最小二乘方法,迭代优化激光雷达-imu外参标定,获得外参标定结果。

9.一种电子设备,其特征是,包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令,所述计算机指令被处理器运行时,完成权利要求1-7任一项方法所述的步骤。

10.一种计算机可读存储介质,其特征是,用于存储计算机指令,所述计算机指令被处理器执行时,完成权利要求1-7任一项方法所述的步骤。


技术总结
本公开提出了一种用于激光‑IMU外参标定的方法及系统,获取IMU测量数据和激光雷达的测量数据;对获得的IMU测量数据进行IMU预积分,计算获得IMU下一时刻相对IMU初始位姿的IMU位姿变换估算值,根据估算值和下一时刻IMU的实际测量值,获得数据关联的关联残差;对激光雷达的测量数据进行处理,利用IMU预积分将获得多个激光雷达点重投影到世界坐标系的投影坐标,计算每个激光雷达点到校准目标地图的重投影误差;采用非线性最小二乘方法,迭代优化激光雷达‑IMU外参标定,获得外参标定结果。解决了激光‑IMU外参标定中机械外参不易获得,人工测量误差较大,且测量比较麻烦的问题,在一定程度上相互弥补激光雷达与IMU的各自的缺点,可以提高SLAM方法的位姿求解精度和速度。

技术研发人员:宋锐;庞成林;李贻斌;田新城;马昕;荣学文
受保护的技术使用者:山东大学
技术研发日:2020.01.17
技术公布日:2020.05.29
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