[发明专利]一种基于正交法向量的多线激光雷达外参数快速标定方法

说明书

本发明公布了一种基于正交法向量的多线激光雷达外参数快速标定方法，主要涉及到无人驾驶汽车环境感知技术领域，该方法步骤为：选择一个有平坦地面且有墙角的场景；把安装了多线激光雷达的无人驾驶车辆正对着其中一面墙停放；选取照射在三个面上的雷达数据点集，标记为P1，P2，P3；对每个数据点集进行计算，得到点集的法向量I1，I2，I3；计算数据点集所对应的墙面在车体坐标系下的法向量集W1，W2，W3；标记NI＝[I1,I2,I3],NW＝[W1,W2,W3]；对H进行奇异值分解，得到旋转矩阵R。本发明不需要专门的标定设备和严格的标定场景，具有原理简单、操作方便且标定精度高的优点。

技术领域

本发明主要涉及到无人驾驶汽车环境感知技术领域，具体的说是一种基于正交法向量的多线激光雷达外参数的快速标定方法。

背景技术

多线激光雷达是无人驾驶汽车配备的一种重要传感器，在自动驾驶过程中承担了道路检测、正负障碍物识别以及实时定位与建图等重要任务，具有测量速度快、精度高和测距远等优点，在无人驾驶领域中得到了广泛应用。

在实际应用中，为了实现更好的环境感知效果，或者基于某些特殊应用需求，多线激光雷达往往会按某一角度倾斜安装。因此，多线激光雷达的外参数标定就是建立起激光雷达坐标系与车体坐标系之间的变换关系，其标定方法是否简单、快速和准确，对多线激光雷达在无人驾驶汽车领域的应用具有重大意义。

随着多线激光雷达的广泛应用，越来越多的激光雷达标定方法被研究，如专利201710009510.9提出了一种激光雷达标定方法，通过使激光雷达运动，在不同的两个位置对同一个标定板进行检测，获取标定板的检测数据和雷达自身的相对位移数据，调整雷达的标定参数。该方法需要使用标定板(检测目标)，运动装置(具备进行很微小的移动能力)，需要在运动装置上安装惯性测量单位、全球定位系统或者其他方式测量出激光雷达两个采样时刻之间的相对位移。因此，该标定方式实际上为了实现其标定目的，需要一套复杂的辅助工具(一个带位置检测功能且能进行很微小的移动的运动装置，且能精确记录其移动距离)，需要对雷达移动多次(至少两次)来实现整个标定过程。专利ZL201710320952.5提出了一种多线激光雷达的标定装置和方法，通过设计一种复杂的标定装置，并对装置进行适当的操作，来实现雷达的标定过程。专利ZL201710515747.4也提出了一种激光雷达外参数自动标定的方法和装置，该方法采用放置两类标志物：第一类标志物为圆锥，第二类标记物为球体，分别获取打在标记物特定部位的雷达数据，通过算法拟合实现雷达的自动标定。

现有的多线激光雷达标定方法都需要特制的标定装置或者特殊的标记物来配合标定，需要特定的标定场景来安放标定装置或者标记物，这些标定方法对无人驾驶汽车车载多线激光雷达的使用而言并不方便。

发明内容

本发明针对现有的无人驾驶领域多线激光雷达标定方法需要特制的标定装置或者标记物的问题，本发明提出了一种基于正交法向量的多线激光雷达外参数快速标定方法，该步骤为：

(1)寻找一个有平坦地面且有平坦墙角的场景作为标定场景；标定场景是两个或三个相互垂直的平面；当标定场景是两个相互垂直的面时，两个相互垂直的面为：一个地面加一个墙面，或者墙角的两个墙面；当标定场景是三个相互垂直的平面时，三个相互垂直的面为一个地面加墙角的两个墙面；

(2)把安装了多线激光雷达的无人驾驶车辆正对着一面墙停放；

(3)分别选取三个面上的雷达数据点集，标记为P1，P2，P3；

(4)对每个数据点集进行计算，得到点集的法向量I1，I2，I3；

(5)计算数据点集所对应的平面在车体坐标系下的法向量集W1，W2，W3；

(6)标记NI＝[I1,I2,I3],NW＝[W1,W2,W3]，这里NI和NW分别为3×3的矩阵，计算其乘积矩阵H＝NI×NW；