[发明专利]一种激光与相机任意相对位姿关系的标定方法

说明书

本发明公开了一种激光与相机任意相对位姿关系的标定方法，包括将相机与激光传感器刚性连接固定，并保证它们的相对位置以及相机的内部参数不发生改变，形成相机激光感知模块；定义世界坐标系O_W、相机坐标系O_C、激光坐标系O_L，在空间中围绕相机激光感知模块放置多块标定板，不同标定板之间有高低和俯仰的变化等步骤，本发明克服了现有的激光相机标定方法中信息利用不恰当，时空耦合，并且无法标定无视野重叠的激光相机的不足，具有可操作性好，标定精度高等优点，并且可以完成实时的标定，在机器人采集数据的同时完成标定，大大降低标定工作量。本发明实用性较高，标定结果能够应用于计算机视觉中的多传感器融合等多种领域。

技术领域

本发明涉及多传感器标定技术，具体地说，涉及一种激光与相机任意相对位姿关系的标定方法。

背景技术

伴随着传感技术的快速进步，为机器人配备多传感器的能力大大提高。不同传感器捕获的关于环境的补充信息，可以通过联合标定来共同使用，多传感器融合可以提高移动机器人的建图和定位的精度。在完成视觉相机和激光传感器的联合标定后，可以将从视觉相机中获得的“场景相关对象的语义信息”与从激光传感器中获得的“几何属性”进行数据融合，实现信息的最有效利用。

相机获得的是二维图像信息，而激光传感器采集的是三维点云信息。现有的直接匹配方法将2D图像与3D点云直接匹配，会有不同模型的信息利用问题，影响标定精度。而现有的基于运动的方法，对图像与图像进行匹配求解相机轨迹，点云与点云进行匹配求解激光传感器轨迹，再将两条轨迹进行对齐求解标定外参，但是点云与点云匹配时激光的数据噪声会导致不准确的运动估计进而影响标定。

在实际的应用中，对传感器安装的位置也有了新的要求，比如安装朝前的激光传感器用于检测四周的环境，而为了克服视野盲区安装了斜朝下的相机，那么在同一时刻，激光传感器和相机没有重叠视野。现有的大部分方法并不能标定无视野重合的激光与相机。

激光传感器的频率一般在10hz左右，工业相机的频率一般在25hz左右，无论怎么处理，两者采集的数据并不能严格的时间同步。因此在移动传感器采集数据进行标定时，大部分标定算法会有时空耦合的问题，如何把时间和空间进行解耦，简化我们要解决的问题，也是一大难点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种激光与相机任意相对位姿关系的标定方法，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明公开过了一种激光与相机任意相对位姿关系的标定方法，包括以下步骤：

步骤一、将相机与激光传感器刚性连接固定，并保证它们的相对位置以及相机的内部参数不发生改变，形成相机激光感知模块；定义世界坐标系O_W、相机坐标系O_C、激光坐标系O_L；对相机的内部参数进行标定，得到相机的内部参数矩阵其中(f_x，f_y)为相机的等效焦距，(u₀,v₀)为相机光心坐标；

步骤二、在空间中围绕相机激光感知模块放置多块标定板，不同标定板之间有高低和俯仰的变化；

固定各标定板的空间位置不变，打开激光传感器，采集一帧激光传感器数据，激光坐标系O_L为采集这一帧时的激光传感器位置；采集当前相机图像，移动相机激光感知模块，用相机依次近距离采集各个标定板的图像，相机坐标系O_C为采集第一帧相机图像时的相机位置；采集激光传感器与相机数据，提取激光棋盘格3D点和重建视觉3D点；