[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

说明书

本发明公开了一种无共同观测的单线激光雷达与相机外参标定方法，包括获得单线激光雷达坐标系与移动机器人坐标系在X、Y方向的偏移量、获得单线激光雷达与移动机器人的偏转角，获得相机与移动机器人在X、Y方向的偏移量、获得相机与移动机器人的偏转角；最终获得单线激光雷达与相机之间的外参。本发明无需通过装配方法得到无共同观测单线激光雷达与相机外参，标定精度高。

技术领域

本发明涉及物流机器人领域，更具体的说，它涉及一种无共同观测的单线激光雷达与相机外参标定方法。

背景技术

在物流机器人领域中，常用单线激光雷达进行定位导航，用单目相机识别货架上的二维码进行精准定位。在进行激光雷达数据与相机数据融合时，需要统一坐标系，获得单线激光雷达与相机的外参。

单线激光雷达与相机的外参标定包括共同观测和无共同观测，共同观测是指雷达扫描方向与相机的拍摄方向相同，无共同观测是指雷达扫描方向与相机的拍摄方向不相同。现有的单线激光雷达与相机外参标定方法一般都是针对雷达与相机存在共同观测。对于无共同观测的雷达与外参标定，一般通过机械装配的方法得到雷达与相机的外参，但是由于装配误差的存在，导致雷达与相机之间的外参与机械装配之间的外参存在一定偏差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精确度高的无共同观测的单线激光雷达与相机外参标定方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：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系列像素坐标值，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系列像素坐标值，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。

进一步，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。

进一步，步骤4中，拟合圆的表达式为：