[发明专利]一种无共同观测的单线激光雷达与相机外参标定方法

权利要求书

1.一种无共同观测的单线激光雷达与相机外参标定方法，包括以下步骤：

步骤1：移动机器人包括机器人本体、单线激光雷达和相机，单线激光雷达位于机器人本体的侧部，相机位于机器人本体的顶部，将标志物放置于移动机器人周围，标志物位于单线激光雷达扫描覆盖的区域内；

步骤2：确定标志物顶点位置，建立单线激光雷达坐标系，移动机器人自转，拾取标志物顶点在单线激光雷达坐标系下的系列坐标值，采用圆拟合系列坐标值，获得单线激光雷达与移动机器人在X、Y方向的偏移量；

步骤3：移动机器人直线运动，单线激光雷达扫描标志物，拾取标志物顶点在单线激光雷达坐标系下的系列坐标值，采用直线拟合系列坐标值，获得单线激光雷达与移动机器人的偏转角；

步骤4：在移动机器人上方放置棋盘格标定板，棋盘格标定板位于相机视野覆盖的区域内，建立棋盘格标定板坐标系，确定棋盘格标定板原点，移动机器人自转，建立相机坐标系，相机拍摄棋盘格，拾取棋格标定板角点在图像坐标系下的像素坐标值，建立3D-2D的坐标转换，得到棋盘格坐标系与相机坐标系之间的外参，获得棋盘格标定板原点在相机坐标系下的系列坐标值，取X，Y方向的二维系列坐标值，利用圆拟合二维系列坐标值，获得相机与移动机器人在X、Y方向的偏移量；

步骤5：移动机器人直线运动，相机拍摄棋盘格标定板，拾取棋盘格标定板角点在图像坐标系下的像素坐标值，建立3D-2D的坐标转换，得到棋盘格坐标系与相机坐标系之间的外参，获得棋盘格标定板原点在相机坐标系下的系列坐标值，取X，Y方向的二维系列坐标值，利用直线拟合二维系列坐标值，获得相机与移动机器人的偏转角；

步骤6：根据单线激光雷达与移动机器人之间的外参以及相机与移动机器人之间的外参，通过坐标转换得到单线激光雷达与相机之间的外参。

2.如权利要求1所述的一种无共同观测的单线激光雷达与相机外参标定方法，其特征在于：步骤2中，拟合圆的表达式为：

其中，O_w：标志物顶点；标志物顶点O_w在单线激光雷达坐标系下的系列坐标值；O_r：移动机器人中心点；为移动机器人坐标系与单线激光雷达坐标系在X，Y方向的偏移量。

3.如权利要求2所述的一种无共同观测的单线激光雷达与相机外参标定方法，其特征在于：步骤4中，拟合圆的表达式为：

其中，O_B：棋盘格标定板原点；点O_B在相机坐标系下的系列坐标值；O_r：移动机器人中心点；移动机器人坐标系与相机坐标系在X，Y方向的偏移量。

4.如权利要求3所述的一种无共同观测的单线激光雷达与相机外参标定方法，其特征在于：标定相机内参和畸变参数，获得相机的内参和畸变参数。

5.如权利要求4所述的一种无共同观测的单线激光雷达与相机外参标定方法，其特征在于：步骤4和5中，拾取棋盘格标定板角点在图像坐标系下的系列像素坐标值的方法为：

步骤5.1：相机拍摄棋盘格标定板，获得多幅图像，根据标定得到的相机内参与畸变系数对多幅图像进行去畸变处理；去畸变的目的是因为相机拍摄的照片存在失真，通过去畸变提高标定的精度；

步骤5.2：提取棋盘格角点，确定角点在棋盘格标定板坐标系下的坐标以及角点的像素坐标；

步骤5.3：建立空间3D点到2D点的投影关系，表达式如下：

式中，为角点在棋盘格标定板坐标系下的坐标，(u_i，v_i)为角点在图像上的像素坐标，i是角点的序号，t₁～t₁₂：代表相机坐标系与棋盘格坐标系之间的外参，t₁、t₂、t₃、t₅、t₆、t₇、t₉、t₁₀、t₁₁表示旋转，t₄、t₈、t₁₂表示平移；

步骤5.4：利用PNP算法求解得到棋盘格标定板坐标系与相机坐标系之间的外参。