[發(fā)明專利]一種結合激光雷達三維點云數(shù)據(jù)的相機自標定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711225701.5
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107977997B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設計）人: 李小路;徐立軍;馮靜;劉暢
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種結合激光雷達三維點云數(shù)據(jù)的相機自標定方法，其特征在于，包括：

步驟一，將相機固定在激光雷達上方同時對同一場景進行掃描和拍攝，建立以激光雷達所在位置為原點的三維坐標系，解算出在此坐標系下的空間三維坐標(x,y,z)；

步驟二，將激光雷達固定位置進行掃描，相機可移動多次來對同一場景進行多視點拍攝，每個視點拍攝照片之間存在圖像重疊區(qū)域；

步驟三，對所述圖像重疊區(qū)域進行特征提取，得到每一幅圖像的特征點的像素坐標(u,v)，將任意兩視點之間所述圖像重疊區(qū)域的所述特征點的像素坐標(u,v)進行粗匹配和精匹配，即兩次匹配得到提純后的匹配點對A(u_i,v_i,1)和A'(u′_i,v′_i,1)；

步驟四，利用所述提純后的匹配點對A(u_i,v_i,1)和A'(u′_i,v′_i,1)求解基本矩陣F和極點e'；

步驟五，利用所述基本矩陣F建立有關相機內(nèi)參f_x,f_y,u_o,v_o的目標函數(shù)，其中，f_x代表相機焦距在x軸方向的有效焦距，其單位為像素，f_y代表相機焦距在y軸方向的有效焦距，其單位為像素，(u_o,v_o)是所述相機拍攝圖像的主點坐標，其單位為像素，記相機內(nèi)參矩陣為：

所述基本矩陣F與所述相機內(nèi)參f_x,f_y,u_o,v_o之間的關系，具體如下式所示：

其中，是一個對稱矩陣，[e′]_x是關于所述極點e'的反對稱矩陣，λ²是一個正常數(shù)因子；

因為λ²是一個正常數(shù)因子，所以可將(1)式的方程左邊矩陣FCF^T和右邊矩陣[e′]_x中的每一個元素對應相除，結果均等于λ²；

由于矩陣C是對稱矩陣，令

c＝(c₁,c₂,c₃,c₄,c₅) (4)

則(2)式的矩陣方程左右兩邊矩陣可表示成如下式(5)和(6)形式，其中，矩陣方程左邊可表示為：

矩陣方程右邊可表示為：

所以這兩個矩陣對應元素相除，形如表示第i個基本矩陣所構成的式(5)和(6)的對應元素相除，則表示第i個基本矩陣所構成的式(5)和(6)的所有對應元素相除的均值，結果均等于λ²，將這一特點作為依據(jù)，建立如下式(7)所示目標函數(shù)f(c)；

步驟六，理論上步驟五中所述結果均等于λ²，所以目標函數(shù)在理想情況下應該等于0，因此利用優(yōu)化算法使其結果無限接近于0，則可得到所述相機內(nèi)參f_x,f_y,u_o,v_o；所述利用優(yōu)化算法求解所述相機內(nèi)參f_x,f_y,u_o,v_o的過程中，所述優(yōu)化算法需要對輸入?yún)?shù)，即相機內(nèi)參f_x,f_y,u_o,v_o進行初值限定，通過提取被測物任一頂點在所述以激光雷達所在位置為原點的三維坐標系下解算出的所述空間三維坐標(x,y,z)并計算出其與地面的距離，結合所述被測物任一頂點在圖像上距地面的距離和小孔成像原理以及相機像素尺寸計算出相機焦距f_x0,f_y0，并且所述圖像的圖像中心坐標定義為(u_o0,v_o0)，以所述圖像中心坐標(u_o0,v_o0)為中心對圖像主點進行限制，限定范圍必須合理，因此在所述圖像中心坐標(u_o0,v_o0)為中心，上下限為±15％的范圍內(nèi)尋找最優(yōu)解，同理所述相機焦距的限定范圍也類似這種方法進行限定，所規(guī)定初值范圍同樣規(guī)定在上下限為±15％的范圍內(nèi)，將以上限定作為所述優(yōu)化算法的初值進而求解出精度高，魯棒性好的相機內(nèi)參。