[發明專利]外場環境標定的聯合標定系統與方法

有效

• 申請號: 201710825324.2
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107656259B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 劉春;艾克然木·艾克拜爾;周源;曾勇
• 申請（專利權）人: 同濟大學;上海同繁勘測工程科技有限公司
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G01C25/00
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種應用于外場環境標定的聯合標定系統，包括激光雷達、攝像機及標定裝置，其中所述激光雷達與所述攝像機設置在同一個機臺上，在外場環境根據所述激光雷達與所述攝像機聯合標定所述標定裝置進行標定，其特征在于，所述標定裝置由特征標識底面板、空心梯形錐體、連接梯形錐體與底面板的支撐桿等部分組成，內部結構有嚴密的空間對應關系，支持有效視場內的任意安置，標定裝置的結構特點和有效特征可以使其布設方式與待標定平臺觀測特性及應用環境相結合，能夠通過較少的觀測值在激光雷達和攝像機兩套系統的測量基準之間迅速建立有效聯系，實現系統標定與測量過程的統一；所述標定裝置包括：

底面板，所述底面板內存在方向垂直的十字絲，所述十字絲的中心與所述底面板中心重合，所述底面板的中心區域存在圓形標識圖案，所述圓形標識圖案按照所述十字絲的兩個方向具有黑白分區；

空心梯形椎體，所述空心梯形椎體由四個等腰梯形金屬平面平板組成，金屬平面板表面為朗伯體，鍍有響應紅外工作波長的漫反射材料，表面反射率不會隨著觀察方向的變化而產生變化；其中所述空心梯形椎體的下底面四角具有連接件接口，連接裝置嵌入于所述連接件接口；以及

支撐桿，所述支撐桿的上端與所述空心梯形椎體的下底面四角的所述連接裝置連接，所述支撐桿的下端與所述底面板垂直相連；空心錐體的四條棱邊之延長線交于空間一點，為四個梯形平面的公共頂點，且該點與底面板中心點的空間位置重合。

2.如權利要求1所述的聯合標定系統，其特征在于，所述空心梯形椎體由四個平面板組成，其中，單面平板為等腰梯形，且等腰梯形的上底與下底長度存在一定比例，以保證裝置的最佳觀測效率。

3.如權利要求2所述的聯合標定系統，其特征在于，所述空心梯形椎體的單面平板等腰梯形其兩個底角均為60°，兩個頂角均為120°，以及其上底長度為下底長度的1/2。

4.如權利要求1所述的聯合標定系統，其特征在于，所述空心梯形椎體的單面平板為金屬板，且在所述金屬板表面鍍有可響應激光紅外工作波長反射率的漫反射材料；鍍有漫反射材料的空心梯形錐體各反射表面的反射特性接近理想朗伯體，表面反射率不會隨著觀察方向的變化而產生變化。

5.如權利要求4所述的聯合標定系統，其特征在于，所述漫反射材料的主要化學成分包括硫酸鋇、聚四氟乙烯或水基乙烷。

6.一種外場聯合標定方法，其特征在于，所述外場聯合標定方法包括：

將權利要求1所述標定裝置放置在待標定激光雷達與攝像機的有效視場內的不同位置，其中所述激光雷達與所述攝像機設置在同一個機臺上；

以所述標定裝置的底面板內的十字絲之中心為原點，空心梯形椎體的中心線為主軸，將所述標定裝置朝向于所述攝像機與所述激光雷達的有效視場的主軸方向，使得所述標定裝置與攝像機與所述激光雷達呈一定角度；

利用所述激光雷達獲取所述標定裝置的所述空心梯形椎體上每個平面上的三維數據點，將單個平面上的點集帶入標準平面方程聯立，其中若單個平面內的數據點數多于4個以上，則將所有數據點坐標值帶入方程組中參與計算，并利用最小二乘方法解算方程組，獲得單個平面的平面參數；獲得梯形錐體每個平面的平面參數后，將4個平面方程聯合求解，以得到所述空心梯形椎體的公共頂點；

由所述攝像機獲取所述標定裝置的所述底面板內的底部標識圖案中心的像點坐標，以得到所述底面板標識圖案中心的像平面坐標值；

根據所述激光雷達與所述攝像機之間在所述激光雷達坐標系下的原點偏移量和裝置角偏移量，并由所述公共頂點和所述像平面坐標值，得到標定參數誤差方程；以及

根據所述標定參數誤差方程以獲取攝像機坐標系到激光雷達系統之坐標系下的轉換關系，以得到所述標定裝置的實際坐標位置的誤差，而對所述標定裝置進行標定。

7.如權利要求6所述的聯合標定方法，其特征在于，實施聯合標定時標定裝置的所述安置角度需滿足：所述空心梯形椎體的四個所述平面中，存在至少三個以上所述平面，落入所述激光雷達的有效視場，每個梯形錐體平面板經由激光雷達有效激光掃描而獲取的數據點在4個以上，所述空心梯形椎體未對所述攝像機形成遮擋，保證所述底部標識圖案于所述待標定攝像機影像中可見。