[發明專利]一種多源異構傳感器的同時內外參標定方法

在審

• 申請號: 202110537517.4
• 申請日: 2021-05-18
• 公開（公告）號: CN113327289A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 王鄲維;張俊;索旭東;岳裕豐;彭國豪;洪超宇;朱慧烽
• 申請（專利權）人: 中山方顯科技有限公司;智能移動機器人（中山）研究院
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G01C25/00
• 代理公司: 深圳叁眾知識產權代理事務所(普通合伙) 44434
• 代理人: 宋鵬飛

本發明涉及機器人感知技術領域，一種多源異構傳感器的同時內外參標定方法，包括以下步驟：標定板預處理；三維激光雷達、視覺相機、熱感相機和慣性測量單元組成的多源異構傳感器像點數據采集；計算視覺相機與熱感相機內參；計算雷達與視覺相機、熱感相機的外參；計算視覺相機、熱感相機與慣性測量單元的外參；圖優化，進而得到最終外參。與現有的技術相比，本發明具有如下優點：使用復雜度低，為實現該傳感器套件的標定，現有技術往往需要使用多種不同的標定板，過程繁瑣。精度高，根據不同傳感器之間參數的不確定性賦予權重，以求獲取最優的參數。用戶友好，不需要過多的專業知識，普通用戶只需拿著該傳感器套件采集標定板數據即可。

技術領域

本發明涉及機器人感知技術領域，特別是涉及一種多源異構傳感器的同時內外參標定方法。

背景技術

隨著智能時代的到來，特別是移動機器人的發展，多源異構傳感器正在被越來越多地應用到各種智能系統中。這主要得益于不同傳感器的互補特性，具體而言：三維激光雷達可以提供精確的距離信息，但其三維點云往往較稀疏，并缺少紋理信息。視覺相機正好可以提供豐富、密集的紋理信息，但其對光照敏感，在低光照情況下不能很好工作。熱感相機對光照不敏感，可在不同光照條件下魯棒工作。

上述三種傳感器雖各有優點，但有一個共同的缺點——幀率較低，無法適用于高速動態場景。而慣性測量單元IMU通常具備較高的幀率，因此可以彌補這個缺點。為了充分地利用不同傳感器的互補信息，精確的內外參標定是不可或缺的。然而，當前的標定技術無法同時實現三維激光雷達、視覺相機、熱感相機和慣性測量單元的內外參標定。當前的做法往往是通過兩兩傳感器的標定實現。因此，其標定過程繁瑣，需要使用到多種不同的標定板。由于使用了多種標定板，隨著誤差的傳遞標定誤差也較大。更糟糕的是現有的標定方法對用戶不友好，需要用戶具備相關的專業知識，而這會限制傳感器套件的使用場景。因此，目前需要一種方便、魯棒、精確的同時內外參標定技術，實現三維激光雷達、視覺相機、熱感相機和慣性測量單元的內外參標定用，改善現有的多源異構傳感器的標定誤差較大、標定過程繁瑣、用戶不友好的問題，進而，擴大該傳感器套件的應用領域。

發明內容

本發明的目的是克服了現有技術的問題，提供了一種多源異構傳感器的同時內外參標定方法。

為了達到上述目的，本發明采用以下方案：

一種多源異構傳感器的同時內外參標定方法，包括以下步驟：

S10標定板預處理；

S11三維激光雷達、視覺相機、熱感相機和慣性測量單元組成的多源異構傳感器像點數據采集；

S12計算視覺相機與熱感相機內參；

S13計算雷達與視覺相機、熱感相機的外參；

S14計算視覺相機、熱感相機與慣性測量單元的外參；

S15根據S13和S14步驟獲取的外參以及不同傳感器對的不確定性，賦予權重做一次圖優化，進而得到最終外參。

進一步的，所述S10步驟標定板預處理包括加熱或者降溫標定板，然后將傳感器套件對準標定板。

進一步的，所述S11步驟三維激光雷達、視覺相機、熱感相機和慣性測量單元組成的多源異構傳感器像點數據采集包括：將三維激光雷達、視覺相機、熱感相機和慣性測量單元移動到不同的位姿處，存儲對應的三維點云、彩色圖像和熱感圖像，同時記錄運過程中慣性測量單元的姿態信息。

進一步的，所述S12步驟計算視覺相機與熱感相機內參包括：根據視覺相機與熱感相機檢測到的圓心，通過單應性矩陣計算初始內參，再通過非線性優化方法計算精細的內參。

進一步的，所述S13步驟計算雷達與視覺相機、熱感相機的外參包括：在點云、彩色圖像和熱感圖像中分別檢測點、線、面的特征，然后通過非線性優化求解外參，使特征匹配誤差最小化。