[發明專利]一種激光雷達-相機-慣導聯合標定方法及系統

有效

• 申請號: 202110393764.1
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113091771B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 江昆;楊殿閣;張曉龍;劉茂林;陳鑫鑫;楊彥鼎
• 申請（專利權）人: 清華大學;東風汽車集團股份有限公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01S7/497;G01S19/40
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 孫楠

本發明涉及一種基于手眼標定的激光雷達?相機?慣導聯合標定方法及系統，其包括：通過激光雷達、單目相機和GPS/IMU同時進行數據采集，獲取激光雷達點云、單目相機圖像以及GPS/IMU設備位姿信息；根據采集的數據，分別獲得激光雷達位姿估計結果、單目相機位姿估計結果以及GPS/IMU設備自身在全局坐標系下的位姿；將獲取的三種位姿估計結果進行數據關聯，確定位姿之間的對應關系；將關聯后的三個位姿序列兩兩之間構建手眼標定問題，并將手眼標定問題轉化為優化問題；求解優化問題，將不同傳感器軌跡轉換到同一坐標系下。本發明能標定激光雷達、單目相機和慣性導航設備之間的外參并估計單目相機運行中的尺度。

技術領域

本發明涉及一種自動駕駛技術領域，特別是關于一種基于手眼標定的激光雷達-相機-慣導聯合標定方法及系統。

背景技術

高精度地圖為自動駕駛汽車提供了重要的環境先驗信息，在高精度地圖的構建過程中常采用搭載了激光雷達、單目相機、慣性導航設備等多種傳感器的采集車進行數據采集。單一傳感器獲得的感知、定位結果都是在各個傳感器自身坐標系下，需要依靠傳感器坐標系之間的相對位姿關系，即外參(extrinsic)在空間上進行統一，之后在同一坐標系下進行融合。

傳感器外參的準確標定是感知、定位結果正確融合的必要前提。在實際應用中，直接測量傳感器間的外參誤差較大，難以滿足精度需求；根據設計圖紙判斷的外參會受到安裝誤差影響；在車輛長時間運行過程中傳感器間外參可能發生變化，因此需要算法進行自動化標定。

激光雷達可以獲得周圍環境的高精度三維點云信息，但是遠處點云較為稀疏；單目相機可以獲得周圍環境的顏色、紋理等信息，但是缺乏深度信息；慣性導航設備可以直接獲得自身在WGS坐標系下的全局位姿。三種傳感器獲得的是異構數據，難以進行直接關聯，需要對于異構數據進行正確時空關聯進行求解。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種基于手眼標定的激光雷達-相機-慣導聯合標定方法及系統，用于標定激光雷達、單目相機和慣性導航設備之間的外參并估計單目相機運行中的尺度。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種激光雷達-相機-慣導聯合標定方法，其包括：步驟1、通過激光雷達、單目相機和GPS/IMU同時進行數據采集，獲取激光雷達點云、單目相機圖像以及GPS/IMU設備位姿信息；步驟2、根據采集的數據，分別獲得激光雷達位姿估計結果單目相機位姿估計結果以及GPS/IMU設備自身在全局坐標系下的位姿步驟3、將獲取的三種位姿估計結果進行數據關聯，確定位姿之間的對應關系；步驟4、將關聯后的三個位姿序列兩兩之間構建手眼標定問題，并將手眼標定問題轉化為優化問題；步驟5、求解優化問題，將不同傳感器軌跡轉換到同一坐標系下。

進一步，所述步驟2中，采用激光SLAM算法獲得激光雷達位姿估計結果采用視覺SLAM算法獲得單目相機位姿估計結果采用慣性導航設備獲得自身在全局坐標系下的位姿

進一步，所述單目相機位姿估計結果

為第i幀單目相機相對于自身起點的位姿；表示視覺里程計估計出的旋轉部分位姿；表示視覺里程計估計出的平移部分位姿，缺乏尺度；C₀表示單目相機起始位置坐標系，C_i表示第i幀單目相機坐標系。

進一步，所述視覺里程計估計出的平移部分位姿缺乏尺度，需要通過估計尺度s恢復其實際位姿

進一步，所述步驟3中，采用位姿插值的方式進行數據關聯：在三種位姿序列中任選兩種位姿序列進行插值，獲得同一時間戳下兩個位姿序列中對應的位姿；然后在具有同一時間戳的兩個位姿序列中任選一個位姿序列與余下的位姿序列再次進行插值，完成數據關聯。

進一步，所述位姿插值方法包括以下步驟：

步驟31、輸入兩個位姿序列，并判斷其中第一位姿序列是否遍歷完成，若完成，則輸出與第二位姿序列的插值結果，反之，則進入下一步；