[發明專利]一種激光雷達與相機相對外參的標定方法及系統

有效

• 申請號: 202010084392.X
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111311689B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 張新鈺;李駿;馬浩淳;郭世純;劉華平
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/13;G06T7/62;G06T7/90;G06T5/00;G01S17/86;G01S7/497;G01S17/06
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;武玥

1.一種激光雷達與相機相對外參的標定方法，用于對傳感器融合系統進行標定，所述傳感器融合系統包括激光雷達和相機；所述方法包括：

將球體標志物放置在指定的位置，獲取到同時刻的相機拍攝球體標志物的單幀圖像，以及激光雷達掃描球體標志物的點云數據；

對單幀圖像進行處理，得到球體標志物的球心在相機坐標系下的二維坐標；具體包括：

對單幀圖像進行高斯濾波處理，去除噪點；

對高斯濾波處理后的單幀圖像使用Canny算子進行邊緣檢測，得到帶有邊緣信息的邊緣二值圖，將檢測為邊緣的像素的像素灰度值設為255，將非邊緣的像素的像素灰度值設為0，并統計所有灰度值為255的邊緣像素點坐標；

對邊緣二值圖進行顏色過濾；具體包括：

將彩色的單幀圖像轉換為HSV顏色空間，設球體標志物顏色所在色域區間為[H₁,H₂]；

遍歷所有灰度值為255的邊緣像素點坐標(a_i,b_i)，統計HSV圖像中位于每個坐標(a_i,b_i)周圍5像素半徑內的像素值位于色域區間[H₁,H₂]的像素點的個數，如果位于色域區間[H₁,H₂]的像素點的個數低于10個，則將該坐標的像素的像素灰度值設為0；

將進行顏色過濾后的邊緣二值圖進行聯通域檢測，將灰度值為255且相鄰的像素點標記為同一輪廓，由此得到包括多個輪廓的輪廓集合；

對輪廓集合進行過濾，得到一個包括N個輪廓點的橢圓輪廓；具體包括：

對輪廓集合進行遍歷，刪除輪廓點少于50個的輪廓；

對剩下的每一個輪廓進行橢圓擬合，如果擬合的橢圓的長寬比大于5，則刪除該輪廓；

若剩下的橢圓輪廓個數為1，對該橢圓輪廓的N個橢圓輪廓點均進行畸變校正；否則，放棄該次操作，重新調整球體標志物的位置；

所述橢圓輪廓的第n個輪廓點在單幀圖像上的坐標為(a_n,b_n)，則第n個輪廓點在相機圖像中心坐標系下的坐標(X_n,Y_n)為：

(X_n,Y_n)＝(a_n-d_x,b_n-d_y)

則該點的為

其中，1≤n≤N，f為相機焦距，[d_x,d_y]為主光軸點；

橢圓輪廓點與球心投影點之間有如下關系：

AQ＝B

其中

T為一個輔助參數；A為N×3矩陣，Q為3×1矩陣，B為N×1矩陣；

利用最小二乘法，求解出球心投影在相機圖像中心坐標系的坐標(X_c,Y_c)；再根據

(X_c,Y_c)＝(x_c-d_x,y_c-d_y)

將(X_c,Y_c)轉換成球心投影到相機坐標系下的二維坐標(x_c,y_c)；

對點云數據進行處理，得到球體標志物的球心在激光雷達坐標系下的三維坐標；具體包括：

步驟S1)遍歷點云數據所有的點，設點云中點的坐標為(x_j,y_j,z_j)，刪除x_j0的點，其中j表示點云的序號；

步驟S2)遍歷過濾后的所有點，查找每一個點半徑0.1米空間范圍內的點，如果查找到的點的個數少于10個，則將該點刪除，從而去除離群點；

步驟S3)使用平面擬合對去除離群點的點云數據進行平面檢測，去除檢測到的平面點云；

步驟S4)對剩下的點云數據進行球形擬合，檢測出點云中的球體，得到球體的球心在激光雷達坐標系下的三維坐標(x,y,z)；

上述二維坐標和三維坐標組成一對相互對應的2D-3D位置數據對；

調節所述球體標志物的位置，獲得至少四對相互對應的2D-3D位置數據對，由此對激光雷達坐標系和相機坐標系的轉換關系進行求解，得到標定結果。