[發明專利]一種基于手眼標定的雷達-IMU標定方法

有效

• 申請號: 202010230937.3
• 申請日: 2020-03-27
• 公開（公告）號: CN111443337B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 趙龍;冀磊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40;G01C25/00;G06T7/33;G06T7/73
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 曹鵬飛

1.一種基于手眼標定的雷達-IMU標定方法，其特征在于，包括：

S1、利用曲率信息提取雷達點云數據中的特征點；

S2、利用所述特征點對雷達相鄰兩次掃描進行匹配，得到雷達相鄰兩次掃描的相對位姿，所述相鄰兩次分別代表上一時刻和當前時刻；

S3、將雷達時間戳與IMU時間戳對齊，求解IMU相鄰兩次時間戳的相對位姿；

S4、根據所述雷達相鄰兩次掃描的相對姿態和所述IMU相鄰兩次時間戳的相對姿態，利用手眼標定法求解雷達與IMU的相對位姿；

S5、利用所述雷達與IMU的相對位姿減小雷達點云數據畸變，并完成雷達與IMU的相對位姿的標定；

所述S5包括：

S51、使用IMU數據求解相鄰兩次的線性運動與非線性運動部分；

S52、使用步驟S4標定得到的相對位姿將IMU的非線性運動投影到雷達坐標系以模擬雷達運動，在點云數據中減去投影后的非線性運動部分，減小雷達運動過程中產生的畸變；

S53、對處理后的點云數據提取特征點進行雷達相鄰兩次掃描間的匹配，求解勻速運動的相對位姿，并加上步驟S52中減去的非線性運動部分得到雷達相鄰兩次掃描的相對位姿，進而進行雷達與IMU的相對位姿的標定。

2.如權利要求1所述的一種基于手眼標定的雷達-IMU標定方法，其特征在于，所述步驟S1包括：以點云數據集合P中的一點P_i為中心，利用距離P_i最近的10個點的坐標信息求解P_i的曲率，并標記P_i所在的掃描線；將曲率大于預設閾值的點標記為特征點。

3.如權利要求2所述的一種基于手眼標定的雷達-IMU標定方法，其特征在于，求解所述曲率的公式為：

其中，P_j表示處于P_i三維鄰域內的點，S表示P_i的鄰域點的集合，S內包含10個鄰域點；η表示點P_i的曲率。

4.如權利要求1所述的一種基于手眼標定的雷達-IMU標定方法，其特征在于，所述步驟S2包括：

S21、利用點到直線的距離約束對相鄰兩次掃描獲取的特征點進行匹配；

S22、對所有匹配到的點使用高斯-牛頓法求解雷達前后兩次掃描間的相對位姿。

5.如權利要求4所述的一種基于手眼標定的雷達-IMU標定方法，其特征在于，所述S21中點到直線的距離約束的方程為：

表示當前時刻的掃描獲取的特征點，表示將投影到上一時刻掃描坐標系下的點，R_A表示旋轉，t_A表示平移；

表示上一時刻掃描的特征點中與處于同一掃描線且與距離最短的點，表示上一時刻的掃描點中處于與相鄰的掃描線且與的距離最短的點，d₁代表點到直線的距離；

所述S22包括：以上一時刻求解的相對位姿為初始值，對所有匹配到的點使用高斯-牛頓法求解相對位姿，約束方程為：

其中k表示當前時刻掃描提取出的特征點數目，使用高斯-牛頓法迭代優化R_A與t_A，使得d值達到最小，進而得到雷達的相對位姿R_A與t_A。

6.如權利要求1所述的一種基于手眼標定的雷達-IMU標定方法，其特征在于，所述步驟S3包括：

利用線性插值方法以雷達點云數據的時間戳為參考對其IMU的時間戳；利用慣導位姿求解算法求解IMU當前時刻進與上一時刻的相對位姿。

7.如權利要求1所述的一種基于手眼標定的雷達-IMU標定方法，其特征在于，所述步驟S4包括：

S41、建立雷達與IMU手眼標定的基本方程；

S42、根據基本方程推導雷達與IMU手眼標定的最小二乘代價函數；

S43、根據代價函數求解雅各比矩陣，并使用高斯-牛頓法求解雷達與IMU的相對位姿。