车辆激光雷达外参的标定方法和装置与流程

本公开涉及自动驾驶，尤其涉及一种车辆激光雷达外参的标定方法和装置。

背景技术：

1、在自动驾驶和移动机器人领域，定位起到了至关重要的作用，它依靠自身携带的传感器和外部支持设施实现对车辆或机器人位置和姿态的估计，是感知、预测、规划、控制等相关技术的基础。在各种定位方法中，gnss/ins组合导航系统是一种经典又非常有效的定位方式，它既可以通过gnss(global navigation satellite system，全球导航卫星系统)获取车辆或者机器人在地球上的绝对位置，又充分利用imu(inertial measurementunit，惯性测量单元)实现高频率的定位输出。gnss/ins组合导航系统的缺点在于需要依赖外部的卫星信号才能正常工作，在城市高楼林立的环境中定位效果会退化。相比较而言，在已有先验地图的情况下，激光雷达通过点云的匹配就可以实现稳定的定位，不依赖外部的辅助设施和信号状况，在高楼较多的城市环境下反而更加有效，而且还能实现对周围环境的建模。但是，在比较空旷的环境中，激光雷达能够扫描到的点很少甚至扫描不到有效返回点。因此，将gnss/ins组合导航系统和激光雷达两种传感器的性能互为补充，将两者相融合进行定位成为了普遍认可的定位方式。

2、为了将激光雷达定位的结果和gnss/ins组合导航系统定位的结果相融合，很重要的前提是知道激光雷达外参，即激光雷达相对于gnss/ins组合导航系统的位置和姿态，只有这样才能将两种方式定位的结果统一到同一坐标系下进行融合。外参计算过程，一般被称为标定。对于同类型的传感器，标定的过程是比较直接的，比如说两个激光雷达之间的标定，通过匹配同一时刻不同激光雷达的点云就可以直接计算出激光雷达之间的外参。但激光雷达和gnss/ins组合导航系统是两种不同类型的传感器(组合)，前者输出的是激光雷达周围环境的点云，后者输出的是gnss/ins组合导航系统在地球坐标系下的坐标，两种传感器的输出是没办法直接进行运算。

3、目前比较常见的激光雷达相对于gnss/ins组合导航系统之间的外参标定方法为手眼标定，手眼标定是指在没有外参先验的情况下，控制搭载激光雷达的平台绕8字形运动，对姿态进行标定，得到粗略的外参估计，而外参中的平移初值是可以方便的直接测量得到的。激光雷达的手眼标定的优势在于不需要提供初始外参估计，缺点在于精度非常有限，尤其是在平移量上更为明显。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提出一种车辆激光雷达外参的标定方法和装置，以解决现存的技术问题。

2、根据本发明的第一方面，提供一种车辆激光雷达外参的标定方法，包括：

3、控制车辆按预定轨迹运动；

4、在同一时段内采集来自激光雷达的点云数据以及所述gnss/ins组合导航系统的第一导航数据；

5、对所述第一导航数据进行采样和/或插值处理，以得到第二导航数据，所述第二导航数据的每个离散点与所述点云数据的对应离散点具有相同的时间戳；

6、基于所述第二导航数据和雷达外参对所述点云数据中的每个离散点进行矫正，以得到矫正后的点云数据；

7、将所述矫正后的点云数据拼接为三维地图；

8、对所述三维地图进行栅格化分割，以得到多个满足要求的栅格；以及

9、根据约束函数和所述多个栅格优化所述雷达外参，并在所述雷达外参的优化目标未达到的条件下，跳转到所述基于所述第二导航数据和雷达外参对所述点云数据中的每个离散点进行矫正的步骤继续执行，直到所述雷达外参的优化目标达到。

10、可选地，初始的所述雷达外参通过手眼标定得到。

11、可选地，所述对所述三维地图进行栅格化分割，以得到多个满足要求的栅格包括：

12、对三维地图进行栅格化分割；

13、在每个栅格中进行平面拟合；

14、判断每个栅格是否满足要求，如果是，则不再对该栅格进行栅格化分割，如果不是，则继续对该栅格进行栅格化分割，直到得到满足要求的栅格，所述要求包括：所有点到拟合平面的平均距离、离散点的数量和栅格大小至少一项小于设定阈值。

15、可选地，在所述根据约束函数和所述多个栅格优化所述雷达外参的步骤中，仅采用拟合效果达到设定目标的栅格来优化所述雷达外参。

16、可选地，所述根据约束函数和所述多个栅格优化所述雷达外参的步骤分两次执行，包括：第一次只优化所述雷达外参中的姿态而保持位置不变，然后跳转到所述基于所述第二导航数据和雷达外参对所述点云数据中的每个离散点进行矫正的步骤继续执行，到第二次优化所述雷达外参时，同时优化所述雷达外参中的姿态和位置。

17、可选地，所述雷达外参的优化目标为通过最小二乘法得到的最优解。

18、可选地，还包括：在所述对所述第一导航数据进行采样和/或插值处理的步骤之前，对所述第一导航数据进行预处理，所述预处理包括以下处理中的至少一项：

19、对所述第一导航数据从地球坐标系转换到设定的相对坐标系下；和

20、将所述第一导航数据的高度设置为0。

21、根据本发明的第二方面，提供一种车辆激光雷达外参的标定装置，包括：

22、采样插值模块，用于在控制车辆按预定轨迹运动后，在同一时段内采集来自激光雷达的点云数据以及所述gnss/ins组合导航系统的第一导航数据，对所述第一导航数据进行采样和/或插值处理，以得到第二导航数据，所述第二导航数据的每个离散点与所述点云数据的对应离散点具有相同的时间戳；

23、点云矫正模块，用于基于所述第二导航数据和雷达外参对所述点云数据中的每个离散点进行矫正，以得到矫正后的点云数据；

24、三维地图拼接模块，用于将所述矫正后的点云数据拼接为三维地图；

25、栅格化模块，用于对所述三维地图进行栅格化分割，以得到多个满足要求的栅格；

26、参数优化模块，用于根据约束函数和所述多个栅格优化所述雷达外参。

27、第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器还存储有可由所述处理器执行的计算机指令，所述计算机指令被执行时，实现上述的标定方法。

28、第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读介质，所述计算机可读介质存储有可由电子设备执行的计算机指令，所述计算机指令被执行时，实现上述的标定方法。

29、本发明实施例旨在解决激光雷达相对于组合导航系统的外参标定的精度问题，通过上述步骤，可以在没有初始外参的情况下完成自动化、高精度的外参标定，减少了人工介入的需要。同时，本实施例针提出的解决方案针对现实场景，因此具备较高的车载应用价值。

技术特征：

1.一种车辆激光雷达外参的标定方法，包括：

2.根据权利要求1所述的标定方法，其中，初始的所述雷达外参通过手眼标定得到。

3.根据权利要求1或2所述的标定方法，其中，所述对所述三维地图进行栅格化分割，以得到多个满足要求的栅格包括：

4.根据权利要求1所述的标定方法，其中，在所述根据约束函数和所述多个栅格优化所述雷达外参的步骤中，仅采用拟合效果达到设定目标的栅格来优化所述雷达外参。

5.根据权利要求1所述的标定方法，其中，所述根据约束函数和所述多个栅格优化所述雷达外参的步骤分两次执行，包括：第一次只优化所述雷达外参中的姿态而保持位置不变，然后跳转到所述基于所述第二导航数据和雷达外参对所述点云数据中的每个离散点进行矫正的步骤继续执行，到第二次优化所述雷达外参时，同时优化所述雷达外参中的姿态和位置。

6.根据权利要求1所述的标定方法，其中，所述雷达外参的优化目标为通过最小二乘法得到的最优解。

7.根据权利要求1所述的标定方法，其中，在所述对所述第一导航数据进行采样和/或插值处理的步骤之前，对所述第一导航数据进行预处理，所述预处理包括以下处理中的至少一项：

8.一种车辆激光雷达外参的标定装置，包括：

9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器还存储有可由所述处理器执行的计算机指令，所述计算机指令被执行时，实现如权利要求1至7任一项所述的标定方法。

10.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质存储有可由电子设备执行的计算机指令，所述计算机指令被执行时，实现如权利要求1至7任一项所述的标定方法。

技术总结
公开一种车辆激光雷达外参的标定方法和装置。该方法包括：控制车辆按预定轨迹运动；在同一时段内采集来自激光雷达的点云数据以及GNSS/INS组合导航系统的第一导航数据；对第一导航数据进行采样和/或插值处理，以得到第二导航数据；对点云数据中的每个离散点进行矫正；将矫正后的点云数据拼接为三维地图；对三维地图进行栅格化分割，以得到多个栅格；以及根据约束函数和多个栅格优化雷达外参，并在雷达外参的优化目标未达到的条件下，跳转到对点云数据中的每个离散点进行矫正的步骤继续执行，直到雷达外参的优化目标达到。这种方法应用于无人驾驶(或自动驾驶)的无人车或移动机器人等领域，能够提高外参标定精度，进而提高定位精度。

技术研发人员：金同兴,杨海光,韩锐,苗乾坤
受保护的技术使用者：新石器慧通（北京）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12