[发明专利]一种用于激光雷达与相机联合标定的标定装置及标定方法

权利要求书

1.一种用于激光雷达与相机联合标定的标定方法，基于用于激光雷达与相机联合标定的标定装置，标定装置包括标定板、空心四面体挡板和支架，所述标定板上设置有深度信息和角点信息；

所述标定板由高宽比为1：2的矩形板构成，标定板的正面绘制有9×17个黑白相间的正方形格子，所述正方形格子的边长为L，标定板的中心设置有十字标志；标定板的左右两侧分别设置有宽度为L/2的标定板固定处，以最左下方的正方形格子的左下顶点为原点O，向右为X轴正方向，向上为Y轴正方向，建立标定板坐标系，坐标系单位长度为L，则各正方形格子的顶点坐标从左到右，从下到上依次表示为：(0，0),(0，1)，(0，2)......(0，17)；(1，0),(1，1)，(1，2)......(1，17)，...... (9，0),(9，1)，(9，2)......(9，17)；所述标定板中设置有四个等腰直角三角形Ti(i＝1，2，3，4)，且四个等腰直角三角形位置打通形成有三角形空洞，位于标定板正面的三角形空洞的顶点坐标分别为：(1，5)(4，8)(7，5)、(10，5)(13，8)(16，5)、(2，1)(5，4)(8，1)及(9，1)(12，4)(15，1)，各三角形空洞均满足腰长为底边长为6L；

所述空心四面体挡板由两个边长为的正三角形板构成，空心四面体挡板分别安装于各三角形空洞背面，空心四面体挡板的底面与三角形空洞等大，即直角边长为/斜边长为6L；

所述支架相对称的设置于所述标定板的两侧用于固定标定板，支架的宽为L/2，支架的底部设置有底座，支架上设置有固定凹槽，所述固定凹槽的宽度与标定板的厚度相匹配，所述支架从上到下等间距的设置有前后贯通的通孔，所述通孔下方设置有位置标记，通过在不同高度的通孔内插入阻隔棒以调整标定板的高度，其特征在于，该标定方法通过“拟合插值法”寻找特征点对进行激光雷达与相机联合标定，具体包括以下步骤：

步骤S1：调整标定板的位置和高度，使标定板与激光雷达、相机的视场角及分辨率相匹配，标定板高度设置应保证标定板主体中心十字标志与激光雷达中心高度一致；

步骤S2：使用激光雷达扫描标定板正面，同时使用相机拍照；

步骤S3：根据标定板结构，激光雷达一条扫描线将会存在6个距离的突变点，通过点云直线拟合求得上述6个突变点在激光雷达坐标系下的交点坐标，选取扫描线与标定板上直角三角形直角边相交的4个距离突变点作为特征点，从左至右依次标记为M₁、M₂、M₃、M₄；

步骤S4：根据步骤S3中直线拟合求得的交点坐标可计算得到|M₁M₂|、|M₂M₃|、|M₃M₄|，根据上述距离值组合判断扫描线的位置区域；判断方法如下：

a)|M₁M₂|≤2L且7L|M₂M₃|≤9L，表明扫描线在从上往下数第二行格子；

b)2L|M₁M₂|≤4L且5L|M₂M₃|≤7L，表明扫描线在从上往下数第三行；

c)4L|M₁M₂|≤6L且3L|M₂M₃|≤5L，表明扫描线在从上往下数第四行；

d)|M₁M₂|≤2L且5L|M₂M₃|≤7L，表明扫描线在从上往下数第六行；

e)2L|M₁M₂|≤4L且3L|M₂M₃|≤5L，表明扫描线在从上往下数第七行；

4L|M₁M₂|≤6L且L|M₂M₃|≤3L，表明扫描线在从上往下数第八行；

步骤S5：根据标定板坐标系，每个等腰直角三角形的边都有对应的直线方程，对于M₁点假设其X坐标为x_m1，根据直线方程及M₁点所在行数，即当前扫描线所在行数，求得其Y坐标y_m1＝f(x_m1)；同理应用于M₂、M₃、M₄点，将每个点坐标统一至只存在单未知数；

步骤S6：根据上述4点坐标、距离值及共线条件，求解出以上4点在直角坐标系中的坐标，具体求解方式如下：

设各点坐标为M₁(x_m1，y_m1)、M₂(x_m2，y_m2)、M₃(x_m3，y_m3)、M₄(x_m4，y_m4)，|M₁M₂|＝l₁、|M₃M₄|＝l₂，则有

步骤S7：通过处理相机拍摄的图像获得标定板各个角点在像素坐标系下的坐标，最后结合M₁、M₂、M₃、M₄ 4点以及以上4点所在斜边对应的角点在直角坐标系中的坐标的对应关系，求解得到M₁、M₂、M₃、M₄4点的像素坐标，具体求解如下：

设在标定板坐标系中M₁点所在斜边对应的角点M₁’、M₁”及M₁点的坐标分别为(x'_m1,y'_m1)(x”_m1,y”_m1)(x_m1,y_m1)，像素坐标系中上述3点坐标分别为(u₁,v₁)(u₂,v₂)(u,v)，则有

步骤S8：通过上述步骤获得4组特征点分别在激光雷达坐标系下的坐标与对应像素坐标系下的坐标，对于多线激光雷达假设雷达线数为n(n≥2)，将获得4n组特征点(4n≥5)，将特征点坐标代入坐标系转换方程求得激光雷达坐标系与相机坐标系之间的转换关系；对于单线激光雷达逐次调整标定板高度，分时获取更多特征点对信息，最终完成标定。

2.根据权利要求1所述一种用于激光雷达与相机联合标定的标定方法，其特征在于，步骤S7中M₁、M₂、M₃、M₄ 4点以及以上4点所在斜边对应的角点在直角坐标系中的坐标的对应关系包括共线关系以及各点在斜边两个临近角点间的距离分隔比。