[发明专利]三维激光扫描仪与三维激光雷达的外参标定方法

说明书

本发明公开了三维激光扫描仪与三维激光雷达的外参标定方法，利用标定板，将三维激光雷达扫描落到标定板上的扫描点转移到三维激光扫描仪坐标系下，然后拾取三维激光扫描仪扫描标定板上的棋盘格角点，求取标定板平面在三维激光扫描仪坐标系下的表示，构建三维激光扫描仪坐标系下点到面的距离，优化求解得到精确的三维激光扫描仪与三维激光雷达的外参。

技术领域

本发明涉及标定方法领域，更具体的说，它涉及三维激光扫描仪与三维激光雷达的外参标定方法。

背景技术

下面的背景技术用于帮助读者理解本发明，而不能被认为是现有技术。

在我国很多冶金企业中，转炉作为重要的炼钢工具，被广泛应用。转炉的作用是负责融化由倒料斗倒入的金属矿石，将金属矿石熔炼变成金属液。但是由于在转炉的工作过程中，转炉炉腔的金属液不断腐蚀转炉炉腔，导致转炉的炉腔厚度越变越薄。当转炉炉腔厚度低于一定值后，转炉会出现“发红”，或者钢水穿炉事件，不仅损坏设备，而且严重威胁钢厂员工的人身安全。

在进行转炉炉腔三维测量时，利用低频高分辨率激光扫描仪在各个视角下扫描转炉炉腔，用高频低分辨率激光雷达感知钢厂环境，为激光扫描仪在各个扫描位置提供定位信息。为建立两个传感器(雷达和扫描仪)之间的坐标关系，需要标定得到雷达与扫描仪的外参。传统方法是通过直尺手工测量得到，雷达与扫描仪安装是基本保证只存在X，Y，Z方向的偏移，用直尺测量X，Y，Z三个方向的偏移量即可，实际安装过程中会存在X，Y，Z方向的偏移和绕三个轴的偏角，因此手工测量存在很大误差，从而会导致后期转炉炉腔三维测量不准确或失败。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维激光扫描仪与三维激光雷达的外参标定方法，能够得到精确的外参。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：三维激光扫描仪与三维激光雷达的外参标定方法，包括以下步骤：

步骤1：将至少两个的标定板倾斜放置于三维激光扫描仪与三维激光雷达周围，每个标定板均在三维激光扫描仪和三维激光雷达的扫描范围内；

步骤2：建立三维激光雷达坐标系，三维激光雷达扫描每个标定板，拾取落到标定板上的雷达扫描点，获得雷达扫描点在三维激光雷达坐标系下的坐标值；

步骤3：建立三维激光扫描仪坐标系，假设维激光扫描仪和三维激光雷达的外参，通过外参将雷达扫描点在三维激光雷达坐标系下的坐标值转移至三维激光扫描仪坐标系下，获得雷达扫描点在三维激光扫描仪坐标系下的坐标值；

步骤4：建立标定板坐标系，三维激光扫描仪扫描标定板，选取与棋盘格标定板角点重合的扫描仪扫描点，即为扫描仪扫描角点，拾取落到标定板上的扫描仪扫描角点，获得扫描仪扫描角点在标定板坐标系下的坐标值和扫描仪扫描角点在三维激光扫描仪坐标系下的坐标值；

步骤5：根据扫描仪扫描角点在标定板坐标系下的坐标值和扫描仪扫描角点在三维激光扫描仪坐标系下的坐标值，利用坐标变换关系得到三维激光扫描仪坐标系与标定板坐标系的外参，获得每个标定板平面在三维激光扫描仪坐标系下的表示；

步骤6：根据雷达扫描点在三维激光扫描仪坐标系下的坐标值以及标定板平面在三维激光扫描仪坐标系下的表示，构建雷达扫描点到标定板平面的距离作为目标函数；

步骤7：求解三维激光扫描仪和三维激光雷达的优化外参，使得雷达扫描点到标定板平面的距离最小，

其中，为三维激光扫描仪与三维激光雷达的优化外参，为三维激光扫描仪与三维激光雷达的假设外参，D为雷达扫描点到标定板平面的距离。