[發明專利]單線激光雷達與CCD相機之間相互關系的標定方法

有效

• 申請號: 201010223750.7
• 申請日: 2010-07-14
• 公開（公告）號: CN101882313A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 楊恒;劉肖琳
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G01S17/89
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪;周長清

1.一種單線激光雷達與CCD相機之間相互關系的標定方法，其特征在于步驟為：

(1)、數據采集：

1.1固定并打開相機和激光雷達：將單線激光雷達和CCD相機固定在一個處理平臺上，保證在設備移動過程中兩者之間的相對位置固定，啟動激光掃描雷達和相機；

1.2過濾掉單線激光雷達工作時波長低于905nm的光波；

1.3設置標定鍵：將標定鍵放置在CCD相機和單線激光雷達的前方，使得標定鍵至少有兩個平面對于CCD相機和激光雷達同時可見；

1.4獲取單線激光雷達掃描點的紅外光圖像及相應的單線激光雷達距離數據：保存CCD相機拍攝的紅外圖像，同時保存單次掃描的單線激光雷達距離數據；然后重復1.3，直至獲取n(n≥4)組紅外光圖像和距離數據；

(2)、數據處理：

2.1對第i組單線激光雷達距離數據進行處理：直接利用距離信息分割出標定鍵兩個不同平面得到的數據點，剔除明顯不是標定鍵上反射回來的數據值后再分別對兩個面的數據進行直線擬合，得到直線后求交點坐標為，上標^L表示為激光雷達坐標系中點；

2.2對紅外光圖像進行處理：

2.2.1首先對圖像進行畸變校正，然后對圖像進行直方圖均衡化處理，使得近似為黑的圖像拉寬灰度范圍；

2.2.2高斯濾波，濾掉噪聲；

2.2.3圖像二值化，保留單線激光雷達掃描線的信息；

2.2.4根據所放置的標定鍵特性，在紅外光圖像中可以看到兩條有交叉點的掃描線，分別對應標定鍵上兩個不同平面反射的激光雷達紅外光的成像；對上述二值化圖像進行Hough變換，提取響應最大的兩條直線；計算兩直線交點的圖像坐標，從第i幅圖像得到的坐標記作p_i；按照以上步驟，對n組數據進行處理，得到一系列點的圖像坐標和激光雷達坐標系坐標：

2.3通過n組對應點信息，進行標定計算：

先采用常規方法標定出相機的內參數K，其中f_x是X方向上的相機焦距，f_y是Y方向上的相機焦距，(a_x，a_y)^T是成像平面的主點坐標，a_x為主點的橫坐標，a_y為主點的縱坐標，本文的所有上標^T均表示矩陣或者向量的轉秩；選取四組對應點的信息和K一起代入以下方程(1)中，構建基于以下方程(1)的方程組，

uv1=sKR1R2R3TXL0ZL1=sKR1R3TXLZL1---(1)]]>

其中，P^L＝[X^L，Y^L，Z^L，1]^T為點P在激光雷達坐標系中的齊次性坐標，激光掃描面內Y^L＝0，p＝[u，v，1]^T為該點在圖像中的齊次性坐標，u為沿圖像水平方向的坐標值，v為沿豎直方向的坐標值，s為使得圖像坐標歸一化的尺度因子，R為3×3的代表激光雷達和CCD相機之間相互關系的旋轉矩陣，可以用列向量表示為R＝[R₁，R₂，R₃]，R₁、R₂、R₃分別表示R的第1列、第2列和第3列，T為激光雷達和CCD相機之間的平移向量；

根據單應關系，利用四組點即可求解R₁、R₃和T，再因R₂＝R₁×R₃，就得到了R和T的初值；將得到的R、T作為優化算法的初始化條件，使用n組對應點信息，其中n＞4，采用Levenberg-Marquardt優化方法使(2)式投影誤差最小化對R、T進行優化；

minR,T12Σi=1n||fi(R,T,PiL,pi)||2fi(R,T,PiL,pi)=K·(RPiL+T)-pi---(2)]]>

其中，p_i和分別為第i組對應點的圖像點和激光雷達掃描點，min_R，T表示以R和T為優化變量使目標函數最小化；通過以上方法求解得到了優化的R和T，確定了激光雷達與相機之間的旋轉矩陣和平移向量，完成單線激光雷達和CCD相機之間相互關系的準確標定。