[发明专利]一种多组激光雷达外参标定系统及其方法

权利要求书

1.一种多组激光雷达外参标定系统，其特征在于，包括：

点云分割模块：激光雷达的输出是三维激光点云，其中包含了外界环境的整体描述，点云分割模块将三维激光点云分割为多个类别，过滤噪声点，将分割之后的语义点云输出到地图构建模块与地面检测的点云匹配模块中；

地面检测的点云匹配模块：用于构建基于地面的约束，使激光点云匹配能够开展在一个相对稳定的平面上，点云匹配采用语义ICP匹配算法，选用当前帧与周围点云地图配准策略，匹配过程利用点云分割的类别信息，同时获取IMU提供的位姿信息作为约束提高匹配准确度与效率，输出注册点云的6自由度姿态估计，将此输出到地图构建模块；

地图构建模块：用于获得分割后的点云以及每一帧点云前后的6自由度姿态估计，在场景地图构建模块将新增的点云图与附近点云地图进行细粒度配准，配准过程采用图优化的方式优化构建点云地图，并保存特征点云的匹配序列，后续新增的点云经过语义ICP的闭环检测算法，能够消除前段时间内的累计漂移误差，输出优化的点云地图与点云的匹配序列即路径到信息融合模块；

信息融合模块：采用多线程的方式，分别接收来自地图构建模块的多组语义点云地图与特征点云路径，整合多个激光雷达的信息；首先求解多组语义点云图与路径间的变换关系，对语义点云地图进行配准，获得点云地图之间的变换关系，在该变换关系上采取遗传算法对特征点云的路径进行拟合，将多组辅助雷达到主雷达之间的标定结果输出到路径优化模块；

路径优化模块：用于获取外参的初值，将外参作用到初始采集的数据中，每个雷达都进行坐标系转化，然后在主雷达的全局语义地图中分别注册语义点云，获取特征点云的路径，利用遗传算法对路径进行拟合获取更进一步的外参偏移量；以此往复多次迭代，直至多次外参变化量小于某阈值或达到迭代最大次数，最终输出多组激光雷达的外参。

2.一种多组激光雷达外参标定方法，其特征在于，应用权利要求1所述的标定系统，具体包括以下步骤：

S1.车体固定好激光雷达，IMU置于车体中心，多组激光雷达之间的位置关系属于刚体变换，选取其中一个激光雷达作为主雷达，其他都设为辅助雷达，标定主雷达与IMU的外参；

S2.选取室内外合适环境，采集多组激光雷达与IMU的数据；

S3.离线启动点云分割模块，将激光点云信息发布到地面检测的点云匹配模块，构建地面约束与采用语义ICP算法，输出注册点云的6自由度姿态估计；

S4.获得语义点云与注册点云的6自由度姿态估计，在地图构建模块采用图优化的方式优化构建点云地图，并保存特征点云的路径，对于主雷达的点云地图添加IMU的位姿约束，提高主雷达语义地图的精确度；

S5.手动大致测出主雷达到其他雷达之间的偏移，在信息融合模块中利用该手动测量的初值，对每个辅助雷达的点云地图与主雷达地图进行语义ICP匹配，将配准的结果作为初值，采取遗传算法对多组特征点云的路径进行拟合，这一步能够获得初步的外参标定结果；

S6.利用步骤S5的标定结果，对辅助雷达的数据分别做一次刚体运动变换，将各自的坐标系都转到主激光雷达下；

S7.在主雷达的语义点云地图中，对每个激光雷达都进行各自的点云注册的姿态估计，获取每个激光雷达的特征点云路径，对此路径采用遗传算法进行细粒度的拟合，获得更精确的外参标定结果；

S8.重复步骤S6与步骤S7，直至两次外参变化量小于给定的阈值，或到达给定的迭代次数，最终获得多个辅助雷达到主雷达之间的外参。

3.根据权利要求2所述的多组激光雷达外参标定方法，其特征在于，在标定过程中利用激光雷达的上下文信息，将语义点云地图的构建与路径优化融入到外参标定过程中。

4.根据权利要求2所述的多组激光雷达外参标定方法，其特征在于，在标定过程中不依赖外部传感器提供的精准全局位姿，只需要激光雷达以及IMU，在室内外均能够完成所有的标定工作。

5.根据权利要求2所述的多组激光雷达外参标定方法，其特征在于，所述激光雷达为Velodyne 16线或32线的激光雷达，或Robosense 16线的激光雷达，所述IMU能够获取3轴角速度和3轴加速度。