；1/含化，η为激光雷达的距离测量精度，该设计可 f 使扫描至该特征突起物上的雷达扫描点能够表现明显的距离突变；/ = /,+ >化，U为 ， 摄像机在山处的水平分辨距离，该设计用于此黑色正方形在图像中的准确提取。
[0030] 步骤2: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
[0031] 如图1所示，若将V型标定物放至在D。处，将H。作为特征突起物的安装高度安装至V 型标定物上，若在特征突起物位置处附近，至少有一个激光雷达扫描数据与两侧相邻数据 点具有距离突变，则表示激光雷达扫描到该高度处的特征突起物上，即认为激光雷达近似 扫描至A处。
[0032]基于此原理，联合标定时，首先采用此带特征突起的V型标定物进行激光雷达扫描 位置调校。将V型标定物放置在标定区域的D。化1<0。<02)处，将特征突起物安装至V型标定 物上距地面H。高度处，调整激光雷达俯仰角度，当激光雷达扫描至特征突起物时，表明激光 雷达能近似扫描至A处，调校完毕。若需进行激光雷达水平姿态的调校，可使用两个V型标定 物，当激光雷达能够扫描至指定两个位置高度的特征突起物时，则表征其能近似扫至地面 位置A处。
[0033]步骤3: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
[0034]调校完成后，将V型标定物上特征突起物中屯、处的黑色方点作为特征标记点。该特 征标定点图像颜色特征明显，易于摄像机图像信息提取，在突起物上，具有几何特征突起， 易于激光雷达分辨，并能利用V型标定物，通过将V型标定物两侧扫描数据点拟合为直线，再 求取两条直线交点的方法来间接获取激光雷达对应特征标记点的信息。
[0035] 利用颜色特征，设准确获取此特征标记点在图像中的像素坐标，设其为pc(u，v)。 当特征突起物位置处附近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，将A ^受为标定点在激光雷达中的坐标 值，其中，二乂'1 + 乂八''/，)G(乂',·η小手（-V/;Λ')-Λ(-V,;:， 特征突起物上的雷达数据点;设批如叫巧，(义ζ,Λ.)，巧:侣乂:)，…巧。（乂α,Λ,)}为V型 标定物左侧平面上的激光雷达数据坐标， {巧义"引I巧（义,,屯)，巧片,:疋），…巧,,(义￡。韦,；)}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/，求取1和1/的交点为巧。t。.?式i。,。乂,。,J，写。,。 通过此求取。此时，将获取一组准确的对应标记点(P。，P1)。
[0036]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。
[0037]步骤4:求取联合标定变换矩阵
[0038] 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，化，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：
[0039]
[0040]其中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，可求取，完成联合标定变换矩阵的标定。
[0041] W上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可w做出若干改进和变形，运些改进和变形 也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 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，其特征在于， 包括以下步骤： 步骤一:设计带特征突起的V型标定物； 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； 步骤三: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； 步骤四：完成联合标定变换矩阵的求取。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，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Ol-XlYlZl，其中Ol-XlYl定义在其扫描扇面上，Z L垂直于其扫描扇面。摄像机 坐标系为0c-XcYcZc，0c为摄像机投影中心，Xc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垂直于靶平面，指向摄像机成像系统视觉方向；分别 为设定的最远与最近联合标定距离，Di中未与D 2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，0。(0。< A)为前方任一距离，H。为激光 雷达在D。处的扫描高度。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，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V，高为V，整个长度为1，突出部分长度为V，后侧带有夹角α的V型槽， 表面中心位置处有边长为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 2 4Dd，Θ为激光雷达的水平角度分辨率，〇:为最远联合标定距离；，〇为激光雷达扫描距离;特征突起物中，300〉，>00;!/ 2 2v，v为摄像机在Di处的垂直分辨距离;V 2 2ri，ri为激光雷达的距离测量精度； 2 2u，u为摄像机在Di处的水平分辨距离。4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，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型标定物放至在〇。(队<0)处，并将特征突起物安装 在V型标定物的H。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。5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，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心处的黑色正方 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，其中，为特征突起 物上的雷达数据点：为V型标定物左侧 平面上的激光雷达数据坐标为右侧 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r，为1和17的交点坐标;进一步获取一组对应标定点坐标(P。，P1); 将一个或多个V型标定物以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。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤四中，完成联合标定变换矩阵的求 取过程为： 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，〇)与摄 像机坐标系中的像素点ΡΧιι,ν)存在如式(1)所示的关系：其中，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,，完成联合标定变换矩阵的标定。
【专利摘要】本发明涉及一种基于带特征突起V型标定物的激光雷达与摄像机联合标定方法，属于无人车或机器人技术领域。本发明设计带特征突起的V型标定物，采用V型标定物中特征突起物的中心点作为特征标定点，该特征标定点不仅图像特征明显，能够获取其准确的图像信息；并且具有几何特征突起，易于激光雷达分辨，并能通过将V型标定物两侧的激光雷达扫描数据点拟合直线，并求取两条数据线交点的方法间接获取激光雷达中该标定点的准确信息。通过该带特征突起的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，从而实现激光雷达与摄像机准确的联合标定。
【IPC分类】G06T7/00, G01S7/497
【公开号】CN105445721
【申请号】CN201510939840
【发明人】康晓, 苏波, 靳璐, 吴越, 马睿璘, 刘兴杰, 谢强, 熊巍, 降晨星
【申请人】中国北方车辆研究所
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月15日