[发明专利]摄像机与二维激光测距仪联合使用时的外参数标定方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及物体三维信息图像处理，具体地说是摄像机与二维激光测距仪联合使用时的外参数标定方法。

背景技术

摄像机与二维激光测距仪的联合应用已经十分广泛于三维信息获取、机器人运动信息和三维重建等技术中。二维激光测距仪可以直接测量到物体的二维信息，并且测量精度高，而摄像机能获得包括颜色和形状等信息的图片；如果能联合使用摄像机与二维激光测距仪，将它们的优点结合起来，将可以获得被测量物体更加丰富和全面的信息，并且提高测量的精确性和简化信息处理过程。然而，要将摄像机与二维激光测距仪联合使用，首先就要将摄像机与二维激光测距仪进行标定处理。

现有技术中，进行标定处理所用的标定板在应用于摄像机与二维激光测距仪标定时有着不少缺陷。如文献Q.Zhang and R.Pless,“Extrinsic calibration of a camera and laser range finder(Improves camera calibration),”in IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems,vol.3,2004,pp.2301–2306.提出了用棋盘格作为标定板。现在用的最多的也是zhang的方法，首先其完成一次标定最少需要5次棋盘格数据，使得测量过程繁琐；其次，由于标定过程需要计算摄像机外参数，当棋盘格距离摄像机距离较远时，其外参数计算很容易受到影响，棋盘格的摆放位置也会直接影响标定结果；再次，由于标定过程需要计算摄像机外参数，标定板又要放到较远的位置，一般距二维激光测距仪1～2米，这使得棋盘格标定板规格较大，不易于携带做室外测量实验；最后由于不同的二维激光测距仪的扫描角度不同，在放置标定板时要放置在合理的扫描角度内，这个放置位置需要多次实验验证，不合理要重新摆放。文献G.Li,Y.Liu,L.Dong,X.Cai,and D.Zhou,“An algorithm for extrinsic parameters calibration of a camera and a laser range finder using line features,”in IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems,2007,pp.3854–3859.提出了用等腰直角三角形作为标定板，该方法也需要最少5次数据才能完成标定，并且该方法首先需要大致估计标定结果，用该结果作为初值，再利用建立的约束方程求解最终标定结果，导致估计的初值对最后标定结果影响较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供摄像机与二维激光测距仪联合使用时的外参数标定方法，利用可折叠的标定板完成摄像机与二维激光测距仪联合使用时的外参数标定，克服了现有技术测量过程繁琐、精确度较差、标定板规格较大不易于携带和标定过程中估计的初值对最后标定结果影响较大的缺陷。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：摄像机与二维激光测距仪联合使用时的外参数标定方法，是一种利用可折叠的标定板完成摄像机与二维激光测距仪联合使用时的外参数标定的方法，步骤如下：

第一步，设计折叠式标定板：

摄像机与二维激光测距仪联合使用时的外参数标定方法中所用的标定板为折叠式标定板，是由2～10块50cm×30cm的矩形的黑白小平面相间拼接而成的一个长平面，该长平面可展开可折叠，使用时将其展开，展开的角度可自由调整；

第二步，采用Matlab相机标定工具箱来进行摄像机内参数标定：

摄像机采用的是针孔摄像机，准备一张黑白棋盘格的图片，规格为包括13×10个黑白棋盘格方格，每个黑白棋盘格的大小为2cm×2cm，用需要标定的摄像机从不同角度拍摄15张图片，进行角点检测，计算出需要标定的摄像机的内参数，内参数包括x轴和y轴的焦距f_x、f_y和成像主点(u₀,v₀)，内参数K为

第三步，构建摄像机与二维激光测距仪系统：

将第二步标定的摄像机与二维激光测距仪固定在一个需要联合使用的位置，一旦固定完成，该摄像机与二维激光测距仪的相对位置不能发生变化，固定完成后即摄像机与二维激光测距仪系统构建完成，待进行摄像机与二维激光测距仪联合使用时的外参数标定；

第四步，放置折叠式标定板，并选择系统最少采集信息次数完成标定：