[发明专利]一种多源异构传感器的同时内外参标定方法

说明书

本发明涉及机器人感知技术领域，一种多源异构传感器的同时内外参标定方法，包括以下步骤：标定板预处理；三维激光雷达、视觉相机、热感相机和惯性测量单元组成的多源异构传感器像点数据采集；计算视觉相机与热感相机内参；计算雷达与视觉相机、热感相机的外参；计算视觉相机、热感相机与惯性测量单元的外参；图优化，进而得到最终外参。与现有的技术相比，本发明具有如下优点：使用复杂度低，为实现该传感器套件的标定，现有技术往往需要使用多种不同的标定板，过程繁琐。精度高，根据不同传感器之间参数的不确定性赋予权重，以求获取最优的参数。用户友好，不需要过多的专业知识，普通用户只需拿着该传感器套件采集标定板数据即可。

技术领域

本发明涉及机器人感知技术领域，特别是涉及一种多源异构传感器的同时内外参标定方法。

背景技术

随着智能时代的到来，特别是移动机器人的发展，多源异构传感器正在被越来越多地应用到各种智能系统中。这主要得益于不同传感器的互补特性，具体而言：三维激光雷达可以提供精确的距离信息，但其三维点云往往较稀疏，并缺少纹理信息。视觉相机正好可以提供丰富、密集的纹理信息，但其对光照敏感，在低光照情况下不能很好工作。热感相机对光照不敏感，可在不同光照条件下鲁棒工作。

上述三种传感器虽各有优点，但有一个共同的缺点——帧率较低，无法适用于高速动态场景。而惯性测量单元IMU通常具备较高的帧率，因此可以弥补这个缺点。为了充分地利用不同传感器的互补信息，精确的内外参标定是不可或缺的。然而，当前的标定技术无法同时实现三维激光雷达、视觉相机、热感相机和惯性测量单元的内外参标定。当前的做法往往是通过两两传感器的标定实现。因此，其标定过程繁琐，需要使用到多种不同的标定板。由于使用了多种标定板，随着误差的传递标定误差也较大。更糟糕的是现有的标定方法对用户不友好，需要用户具备相关的专业知识，而这会限制传感器套件的使用场景。因此，目前需要一种方便、鲁棒、精确的同时内外参标定技术，实现三维激光雷达、视觉相机、热感相机和惯性测量单元的内外参标定用，改善现有的多源异构传感器的标定误差较大、标定过程繁琐、用户不友好的问题，进而，扩大该传感器套件的应用领域。

发明内容

本发明的目的是克服了现有技术的问题，提供了一种多源异构传感器的同时内外参标定方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下方案：

一种多源异构传感器的同时内外参标定方法，包括以下步骤：

S10标定板预处理；

S11三维激光雷达、视觉相机、热感相机和惯性测量单元组成的多源异构传感器像点数据采集；

S12计算视觉相机与热感相机内参；

S13计算雷达与视觉相机、热感相机的外参；

S14计算视觉相机、热感相机与惯性测量单元的外参；

S15根据S13和S14步骤获取的外参以及不同传感器对的不确定性，赋予权重做一次图优化，进而得到最终外参。

进一步的，所述S10步骤标定板预处理包括加热或者降温标定板，然后将传感器套件对准标定板。

进一步的，所述S11步骤三维激光雷达、视觉相机、热感相机和惯性测量单元组成的多源异构传感器像点数据采集包括：将三维激光雷达、视觉相机、热感相机和惯性测量单元移动到不同的位姿处，存储对应的三维点云、彩色图像和热感图像，同时记录运过程中惯性测量单元的姿态信息。

进一步的，所述S12步骤计算视觉相机与热感相机内参包括：根据视觉相机与热感相机检测到的圆心，通过单应性矩阵计算初始内参，再通过非线性优化方法计算精细的内参。

进一步的，所述S13步骤计算雷达与视觉相机、热感相机的外参包括：在点云、彩色图像和热感图像中分别检测点、线、面的特征，然后通过非线性优化求解外参，使特征匹配误差最小化。