[發(fā)明專利]一種無共同觀測的單線激光雷達(dá)與相機(jī)外參標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811214211.X
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109633612B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹衍龍;陶陽;楊將新;任立飛;董獻(xiàn)瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G06T7/80
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 徐關(guān)壽

本發(fā)明公開了一種無共同觀測的單線激光雷達(dá)與相機(jī)外參標(biāo)定方法，包括獲得單線激光雷達(dá)坐標(biāo)系與移動機(jī)器人坐標(biāo)系在X、Y方向的偏移量、獲得單線激光雷達(dá)與移動機(jī)器人的偏轉(zhuǎn)角，獲得相機(jī)與移動機(jī)器人在X、Y方向的偏移量、獲得相機(jī)與移動機(jī)器人的偏轉(zhuǎn)角；最終獲得單線激光雷達(dá)與相機(jī)之間的外參。本發(fā)明無需通過裝配方法得到無共同觀測單線激光雷達(dá)與相機(jī)外參，標(biāo)定精度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及物流機(jī)器人領(lǐng)域，更具體的說，它涉及一種無共同觀測的單線激光雷達(dá)與相機(jī)外參標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

在物流機(jī)器人領(lǐng)域中，常用單線激光雷達(dá)進(jìn)行定位導(dǎo)航，用單目相機(jī)識別貨架上的二維碼進(jìn)行精準(zhǔn)定位。在進(jìn)行激光雷達(dá)數(shù)據(jù)與相機(jī)數(shù)據(jù)融合時，需要統(tǒng)一坐標(biāo)系，獲得單線激光雷達(dá)與相機(jī)的外參。

單線激光雷達(dá)與相機(jī)的外參標(biāo)定包括共同觀測和無共同觀測，共同觀測是指雷達(dá)掃描方向與相機(jī)的拍攝方向相同，無共同觀測是指雷達(dá)掃描方向與相機(jī)的拍攝方向不相同。現(xiàn)有的單線激光雷達(dá)與相機(jī)外參標(biāo)定方法一般都是針對雷達(dá)與相機(jī)存在共同觀測。對于無共同觀測的雷達(dá)與外參標(biāo)定，一般通過機(jī)械裝配的方法得到雷達(dá)與相機(jī)的外參，但是由于裝配誤差的存在，導(dǎo)致雷達(dá)與相機(jī)之間的外參與機(jī)械裝配之間的外參存在一定偏差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種精確度高的無共同觀測的單線激光雷達(dá)與相機(jī)外參標(biāo)定方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種無共同觀測的單線激光雷達(dá)與相機(jī)外參標(biāo)定方法，包括以下步驟：

步驟1：移動機(jī)器人包括機(jī)器人本體、單線激光雷達(dá)和相機(jī)，單線激光雷達(dá)位于機(jī)器人本體的側(cè)部，相機(jī)位于機(jī)器人本體的頂部，將標(biāo)志物放置于移動機(jī)器人周圍，標(biāo)志物位于單線激光雷達(dá)掃描覆蓋的區(qū)域內(nèi)；

步驟2：確定標(biāo)志物頂點(diǎn)位置，建立單線激光雷達(dá)坐標(biāo)系，移動機(jī)器人自轉(zhuǎn)，拾取標(biāo)志物頂點(diǎn)在單線激光雷達(dá)坐標(biāo)系下的系列坐標(biāo)值，采用圓擬合系列坐標(biāo)值，獲得單線激光雷達(dá)與移動機(jī)器人在X、Y方向的偏移量；

步驟3：移動機(jī)器人直線運(yùn)動，單線激光雷達(dá)掃描標(biāo)志物，拾取標(biāo)志物頂點(diǎn)在單線激光雷達(dá)坐標(biāo)系下的系列坐標(biāo)值，采用直線擬合系列坐標(biāo)值，獲得單線激光雷達(dá)與移動機(jī)器人的偏轉(zhuǎn)角；

步驟4：在移動機(jī)器人上方放置棋盤格標(biāo)定板，棋盤格標(biāo)定板位于相機(jī)視野覆蓋的區(qū)域內(nèi)，建立棋盤格標(biāo)定板坐標(biāo)系，確定棋盤格標(biāo)定板原點(diǎn)，移動機(jī)器人自轉(zhuǎn)，建立相機(jī)坐標(biāo)系，相機(jī)拍攝棋盤格，拾取棋格標(biāo)定板角點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系下的系列像素坐標(biāo)值，建立3D-2D的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到棋盤格坐標(biāo)系與相機(jī)坐標(biāo)系之間的外參，獲得棋盤格標(biāo)定板原點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系下的系列坐標(biāo)值，取X，Y方向的二維系列坐標(biāo)值，利用圓擬合二維系列坐標(biāo)值，獲得相機(jī)與移動機(jī)器人在X、Y方向的偏移量；

步驟5：移動機(jī)器人直線運(yùn)動，相機(jī)拍攝棋盤格標(biāo)定板，拾取棋盤格標(biāo)定板角點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系下的系列像素坐標(biāo)值，建立3D-2D的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到棋盤格坐標(biāo)系與相機(jī)坐標(biāo)系之間的外參，獲得棋盤格標(biāo)定板原點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系下的系列坐標(biāo)值，取X，Y方向的二維系列坐標(biāo)值，利用直線擬合二維系列坐標(biāo)值，獲得相機(jī)與移動機(jī)器人的偏轉(zhuǎn)角；

步驟6：根據(jù)單線激光雷達(dá)與移動機(jī)器人之間的外參以及相機(jī)與移動機(jī)器人之間的外參，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到單線激光雷達(dá)與相機(jī)之間的外參。

進(jìn)一步，步驟2中，擬合圓的表達(dá)式為：

其中，O_w：標(biāo)志物頂點(diǎn)；標(biāo)志物頂點(diǎn)O_w在單線激光雷達(dá)坐標(biāo)系下的系列坐標(biāo)值；O_r：移動機(jī)器人中心點(diǎn)；為移動機(jī)器人坐標(biāo)系與單線激光雷達(dá)坐標(biāo)系在X，Y方向的偏移量。

進(jìn)一步，步驟4中，擬合圓的表達(dá)式為：