[發(fā)明專利]一種基于激光雷達(dá)和雙目可見光相機(jī)聯(lián)合測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810240140.4
• 申請(qǐng)日: 2018-03-22
• 公開（公告）號(hào): CN108828606B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹劍中;胡國(guó)良;周祚峰;郭惠楠;黃會(huì)敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01S17/02
• 分類號(hào): G01S17/02;G01S17/06;G01S7/40;G01C11/00;G01C25/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

1.一種基于激光雷達(dá)和雙目可見光相機(jī)聯(lián)合測(cè)量方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)搭建測(cè)量系統(tǒng)，并設(shè)立坐標(biāo)系；所述測(cè)量系統(tǒng)包括激光雷達(dá)、雙目可見光相機(jī)；

2)激光雷達(dá)與雙目可見光相機(jī)的標(biāo)定

設(shè)置球型靶標(biāo)，即在平整的基板上布置多個(gè)圓球，各圓球之間的間距已知；

激光雷達(dá)對(duì)球型靶標(biāo)進(jìn)行掃描得到三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將激光雷達(dá)假設(shè)成一個(gè)具有固定內(nèi)參的相機(jī)設(shè)備，將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)投影得到第一組二維圖像；

使用雙目可見光相機(jī)其中一個(gè)相機(jī)對(duì)球型靶標(biāo)進(jìn)行成像得到第二組二維圖像；

利用圖像處理的手段分別得到兩組二維圖像中的所有圓球的中心坐標(biāo)，基于兩組中心坐標(biāo)，依據(jù)計(jì)算機(jī)視覺中對(duì)極幾何理論，先采用8點(diǎn)法計(jì)算出激光雷達(dá)和雙目可見光相機(jī)之間的基礎(chǔ)矩陣F，進(jìn)而求出本質(zhì)矩陣E；

按照公式E*T＝RS*T＝0，S為平移矩陣T構(gòu)造的反對(duì)稱矩陣，根據(jù)本質(zhì)矩陣E求解得到激光雷達(dá)和雙目可見光相機(jī)之間的平移矩陣T；

然后根據(jù)E＝RS，按照求矩陣范數(shù)和求矩陣跡的推導(dǎo)思路進(jìn)行最優(yōu)化求解，推導(dǎo)得出當(dāng)trace(SE^TRS)最大時(shí)滿足trace(||E-RS||)最小，根據(jù)R＝V*U^T計(jì)算得出旋轉(zhuǎn)矩陣R，其中V和U為對(duì)SE^T進(jìn)行奇異值分解得到的兩個(gè)酉矩陣；即完成激光雷達(dá)與雙目可見光相機(jī)的標(biāo)定；

3)雙目可見光相機(jī)之間的標(biāo)定

設(shè)置靶標(biāo)，雙目可見光相機(jī)中的兩個(gè)相機(jī)分別對(duì)靶標(biāo)進(jìn)行成像，得到兩組二維圖像，利用圖像處理的手段分別得到兩組二維圖像中靶標(biāo)的對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)坐標(biāo)，基于兩組特征點(diǎn)坐標(biāo)，依據(jù)計(jì)算機(jī)視覺中對(duì)極幾何理論，先采用8點(diǎn)法計(jì)算出雙目可見光相機(jī)之間的基礎(chǔ)矩陣F’，進(jìn)而求出本質(zhì)矩陣E’；

按照公式E’*T’＝R’S’*T’＝0，S’為平移矩陣T’構(gòu)造的反對(duì)稱矩陣，根據(jù)本質(zhì)矩陣E’求解得到雙目可見光相機(jī)之間的平移矩陣T’；

然后根據(jù)E’＝R’S’，按照求矩陣范數(shù)和求矩陣跡的推導(dǎo)思路進(jìn)行最優(yōu)化求解，推導(dǎo)得出當(dāng)trace(S’E’^TR’S’)最大時(shí)滿足trace(||E’-R’S’||)最小，根據(jù)R’＝V’*U’^T計(jì)算得出旋轉(zhuǎn)矩陣R’，其中V’和U’為對(duì)S’E’^T進(jìn)行奇異值分解得到的兩個(gè)酉矩陣；即完成雙目可見光相機(jī)之間的標(biāo)定；

4)測(cè)量、融合

激光雷達(dá)對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行掃描得到第一組三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

雙目可見光相機(jī)對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行成像，根據(jù)步驟3)標(biāo)定得到的平移矩陣T’和旋轉(zhuǎn)矩陣R’進(jìn)行三維重建，得到第二組三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

根據(jù)步驟2)標(biāo)定得到的平移矩陣T和旋轉(zhuǎn)矩陣R，對(duì)第一組三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的平移、旋轉(zhuǎn)變換，完成兩組三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的融合。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光雷達(dá)和雙目可見光相機(jī)聯(lián)合測(cè)量方法，其特征在于：步驟3)中靶標(biāo)為棋盤格標(biāo)定板。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光雷達(dá)和雙目可見光相機(jī)聯(lián)合測(cè)量方法，其特征在于：所述球型靶標(biāo)的基板上，多個(gè)圓球大小相同，等間距布置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光雷達(dá)和雙目可見光相機(jī)聯(lián)合測(cè)量方法，其特征在于：根據(jù)本質(zhì)矩陣E、E’相應(yīng)分別求解平移矩陣T、T’均是采用SVD分解的方式。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光雷達(dá)和雙目可見光相機(jī)聯(lián)合測(cè)量方法，其特征在于：雙目可見光相機(jī)的兩個(gè)相機(jī)分別置于激光雷達(dá)的左右兩側(cè)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光雷達(dá)和雙目可見光相機(jī)聯(lián)合測(cè)量方法，其特征在于：在步驟2)之前，先對(duì)雙目可見光相機(jī)的單個(gè)相機(jī)的內(nèi)參進(jìn)行標(biāo)定。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于激光雷達(dá)和雙目可見光相機(jī)聯(lián)合測(cè)量方法，其特征在于：利用張正友標(biāo)定法完成雙目可見光相機(jī)單個(gè)相機(jī)的內(nèi)參的標(biāo)定。