[發明專利]基于攝像機和三維激光雷達的外部參數標定方法及系統

無效

• 申請號: 200910235291.1
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN101699313A
• 公開（公告）日: 2010-04-28
• 發明（設計）人: 付夢印;楊建;孟紅
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G06T7/00
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理事務所(普通合伙) 11270
• 代理人: 張穎玲;王黎延

1.一種基于攝像機和三維激光雷達的外部參數標定方法，其特征在于，該 方法包括：

攝像機拍攝不同位置棋盤格靶標的圖像，建立靶標平面的特征點和對應圖 像平面上的點之間的關系，計算出攝像機的內參數矩陣，從而標定靶標相對于 攝像機坐標系的外部參數旋轉矩陣和平移向量；

將三維激光雷達數據進行處理，得到三維激光雷達坐標系下靶標平面方程 的參數；

根據外部參數旋轉矩陣和平移向量，得到攝像機坐標系原點到不同位置靶 標平面的垂線方向和距離；

根據三維激光雷達坐標系下靶標平面方程的參數，得到三維激光雷達坐標 系原點到不同位置靶標平面的垂線方向；

根據三維激光雷達坐標系原點到不同位置靶標平面的垂線方向，從三維激 光雷達坐標系轉換到攝像機坐標系的轉換關系中測量誤差的協方差，并根據三 維激光雷達坐標系原點到不同位置靶標平面的垂線方向的測量誤差的協方差， 得到轉換關系中測量誤差的協方差中含有攝像機測量噪聲的方差與三維激光雷 達測量噪聲的方差的平方和的算式；

將得到的所有攝像機測量噪聲的方差與三維激光雷達測量噪聲的方差的平 方和的倒數作為加權系數，標定出具有最大似然估計的旋轉矩陣。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述轉換關系中的測量誤差 的協方差的計算，具體為：根據攝像機坐標系和三維激光雷達坐標系中的原點 到不同位置靶標平面的垂線方向，得到垂線方向從三維激光雷達坐標系到攝像 機坐標系的具有測量誤差的轉換關系，然后對測量誤差進行協方差計算。

3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述三維激光雷達坐標 系原點到不同位置靶標平面的垂線方向的測量誤差的協方差的計算，具體為： 根據三維激光雷達坐標系原點到不同位置靶標平面的垂線方向，計算三維激光 雷達坐標系原點到不同位置靶標平面的垂線方向的測量誤差的協方差。

4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述計算三維激光雷達坐標 系下的靶標平面方程的參數，具體為：

通過三維激光雷達掃描到靶標時，落在靶標平面上的掃描點的坐標，進行 三維激光雷達數據處理，得到三維激光雷達坐標系下靶標平面方程的參數。

5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述標定靶標相對于攝像機 坐標系的外部參數，具體為：通過建立靶標平面的特征點和對應圖像平面上的 點之間的關系，計算出攝像機的內參數矩陣，標定靶標相對于攝像機坐標系的 外部參數。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到具有最大似然估計 的旋轉矩陣后，該方法進一步包括：將求解出的旋轉矩陣的值作為初始值，并 根據攝像機坐標系中原點到不同位置靶標平面的距離，將靶標平面的點對應攝 像機拍攝的圖像平面的距離作為待最小化的目標函數，求解旋轉矩陣的全局最 優值。