基于带特征突起v型标定物的激光雷达与摄像机联合标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无人车或机器人技术领域，具体设及一种基于带特征突起的V型标定 物的激光雷达与摄像机的联合标定方法。
【背景技术】
[0002] 激光雷达与摄像机信息融合是目前无人车环境感知与自主导航系统中进行环境 建模、障碍物检测、目标识别与跟踪中应用最广泛的方法。激光雷达与摄像机的联合标定是 两者进行信息融合的必要前提与基础，即通过特定的标定物获取对应标定点信息，建立激 光雷达与摄像机在各自坐标系中的观测值之间的对应关系，从而使激光雷达与摄像机的信 息具有空间一致性。
[0003]联合标定中，由于激光雷达扫描线的非可见性，如何准确获取激光雷达扫描信息 中的标定点信息是需要解决的关键问题。当前主要的联合标定方法中，通常采用标定物中 一些具有空间几何特征的位置点作为标定点，并直接采用激光雷达扫描至该位置点处附近 所获取的具有距离突变的扫描点信息来表征此标定点信息。受激光雷达分辨率的影响，运 种方法不能准确获取准确的标定点信息，尤其是系统需要在远距离处进行联合标定时，运 种方法将会带来较大误差，从而不能进行准确的联合标定。因此如何设计一种激光雷达与 摄像机的联合标定方法，能够对激光雷达标定点进行准确获取，从而实现准确的联合标定 是需要解决的技术问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是设计一种激光雷达与摄像机的联合标定方法，能够实现对激光雷 达标定点信息的准确获取，W实现准确的联合标定。
[0005]技术方案
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于带特征突起的V型标定物的激光雷 达与摄像机联合标定方法，其包括W下步骤：
[0007]步骤一:设计带特征突起的V型标定物；
[000引步骤二:完成基于带特征突起V型标定物的激光雷达初始扫描位置调校；
[0009]步骤完成基于带特征突起V型标定物的对应特征标定点信息准确获取；
[0010] 步骤四：完成联合标定变换矩阵的求取。
[0011] 其中，所述标定方法中，所建立的坐标系和参数设置为:激光雷达安装高度为H，扫 描距离为D，扫描光束斜向下扫描至前方距离为D的A处，激光雷达坐标系为化-XlYlZl，其中 化-?化定义在其扫描扇面上，孔垂直于其扫描扇面。摄像机坐标系为化-XcYcZc，化为摄像机 投影中屯、，&轴平行于摄像机扫描方向，指向扫描像素增大的方向，Yc轴垂直于扫描方向，Zc 垂直于祀平面，指向摄像机成像系统视觉方向；Di、化分别为设定的最远与最近联合标定距 离，Di中未与化重合的区域为激光雷达与摄像机需要进行信息融合的主要探测区域，即需要 进行联合标定区域，D〇(D。含A)为前方任一距离，Η。为激光雷达在D。处的扫描高度。
[0012] 其中，所述步骤一中，带特征突起的V型标定物:两个宽度为W，高为h，夹角为α相交 的平板形成V型标定物;V型标定物在相交线指定的高度位置处安装有宽度为*/，高为h/，整 个长度为1，突出部分长度为1/，后侧带有夹角α的V型槽，表面中屯、位置处有边长为cT的黑 色正方形特征标记点，其余部分为白色的特征突起物;V型标定物中，W含40ιθ，θ为激光雷达 的水平角度分辨率，Di为最远联合标定距离；
，D为激光雷达扫 描距离;特征突起物中，3化目>巧/ >化目4/含2v，v为摄像机在化处的垂直分辨距离；1/ >化， η为激光雷达的距离测量精度；/ =r+ ^;(Τ含化，U为摄像机在化处的水平分辨距离。
[0013] 其中，所述步骤二中，基于带特征突起V型标定物的激光雷达初始扫描位置调校过 程为:将V型标定物放至在0。(0。<0)处，并将特征突起物安装在V型标定物的Η。高度位置处，
调整激光雷达俯仰角度，当激光雷达在特征突起物位置处，至少有一个激 光雷达扫描数据与两侧相邻数据点表现为距离突变时，则表示激光雷达扫描到该高度处的 特征突起物上，即认为激光雷达扫描至A处。
[0014] 其中，所述步骤Ξ中，完成基于带特征突起V型标定物的对应特征标定点信息准确 获取过程为:将V型标定物上特征突起物中屯、处的黑色正方形作为特征标记点，利用颜色特 征，获取此特征标记点在图像中的像素坐标，设为Pc(U，V);当特征突起物位置处至少有一 个激光雷达扫描数据与两侧相邻数据点表现为距离突变时，判定激光雷达扫描至特征突起 物，获取激光雷达特征标定点坐标，设为II),其中，
，{尸'（，K,)I/;, (Λ.-,,，yC' ('V,Λ)，... (乂/;，引}为特征 突起物上的雷达数据点；!(义?，写j)巧^ (义Χ)，^ )，巧:(义?; ,? )，…& (A/.,, 乂"/为V型t不定 物左侧平面上的激光雷达数据坐标；(巧义。引|巧（义^馬），巧…巧,,（义 为右侧平面上的激光雷达数据坐标，用最小二乘法将其分别拟合成两条直线1和1/， 巧:10. )为巧日1/的交点坐标;进一步获取一组对应标定点坐标(Pc，pi);
[0015] 将一个或多个V型标定物W不同方向多次放置于标定区域中的不同距离位置处， 并根据距离信息特征突起物安装到相应的高度位置处，重复上述过程，准确获取至少5组非 共线的对应特征标记点信息。
[0016] 其中，所述步骤四中，完成联合标定变换矩阵的求取过程为：
[0017]由激光雷达与摄像机的坐标系定义可知，激光雷达坐标系中的扫描点Pl(Xl，Yl，0) 与摄像机坐标系中的像素点Pe(u，v)存在如式(1)所示的关系：
[001 引
。）
[0019] 其中，Μ/即为需要标定获取的联合变换矩阵，其包含了9个参数，将获取的至少5组 非共线的对应特征标记点带入式(1)，求取Μ/，完成联合标定变换矩阵的标定。
[0020] 有益成果
[0021] 该方法通过采用带特征突起的V型标定物，能够实现对应激光雷达标定点信息与 摄像机点标定点信息的准确获取，W实现激光雷达与摄像机准确的联合标定。
【附图说明】
[0022] 图1为激光雷达与摄像机的联合标定实例图。
[0023] 图2为带特征突起的V型标定物结构示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0025] 如图1所示，激光雷达安装高度为Η，扫描距离为D，扫描光束斜向下扫描至前方距 离为D的A处，激光雷达坐标系为化-Xl化孔，其中化-Xl化定义在其扫描扇面上，Zl垂直于其扫 描扇面。摄像机坐标系为0c-XcYcZc，0c为摄像机投影中屯、，姑轴平行于摄像机扫描方向，指向 扫描像素增大的方向，Yc轴垂直于扫描方向，Zc垂直于祀平面，指向摄像机成像系统视觉方 向。Di、化分别为设定的最远与最近联合标定距离，Di中未与化重合的区域为激光雷达与摄 像机需要进行信息融合的主要探测区域，即需要进行联合标定区域，Dd(D。含A)为前方任一 距离，H。为激光雷达在D。处的扫描高度。
[0026] 本实施例基于带特征突起的V型标定物的联合标定方法主要包括W下步骤：
[0027] 步骤1:带特征突起的V型标定物设计
[0028] 本发明中带特征突起的V型标定物是指:V型标定物上装有特征突起物，其中，V型 标定物是指两个宽度为W，高为h的平板相交，夹角为α;特征突起物的宽度为《/，高为，整 个长度为1，其中突出部分长度为1/，后侧带有夹角α的V型槽，其表面中屯、位置处有边长为 cT的黑色正方形，其余部分为白色。特征突起物可安装在V型标定物中两侧平面相交线指定 的高度位置处。
[0029] V型标定物中，W> 4〇1目，其中Θ(弧度)为激光雷达的水平角度分辨率，DiΘ为化处激 光雷达相邻扫描数据点之间的近似距离，该设计使V型标定物每侧至少有3个激光雷达扫描 数据点；h为
，保证在联合标定区域内激光雷达可扫描到V型标 定物指定的高度位置处;优选α= 90°。特征突起物中，为3Di0>w/>^0，W保证至少有一 个雷达数据点扫描至该特征突起物上;含2v，v为摄像机在山处的垂直分辨距离，此外，结 合雷达的俯仰装置调节精度W及光束发散角等因素，在保证激光雷达扫描点能够扫描至该 特征突起物上的基础上选取的最小值