[发明专利]基于棋盘格三面体的相机与激光器外参检校方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于棋盘格三面体的相机与激光器外参检校方法及装置，属于移动测量领域，在测量装置前方不断晃动棋盘格三面体，找到合适的姿态。这种情况下只需在相机和激光器前方放置三面体一次，同时获得棋盘格的影像和激光点数据，方便灵活。以三面体作为移动的参考控制场，首先，根据激光扫描面与三面体的三条交线，利用三点透视法求解获得激光器相对于三面体的位置和姿态；然后，根据三面体棋盘格角点与其对应像点之间的共线规律，利用空间后方交会解算出相机在三面体控制场的位置和姿态；最后，联合上述两步，获得相机与激光器之间的旋转和平移。相较于传统的方法，本发明方法具有操作简单、检校精度高、鲁棒性好等优点。

技术领域

本发明属于移动测量领域，更具体地，涉及一种基于棋盘格三面体的相机与激光器外参检校方法及装置。

背景技术

相机和单线激光器的组合使用在诸多实际领域应用广泛，如在机器人、移动测量和地图的实时构建中。这种组合使用不仅成本低，同时又能获取场景内的色彩纹理等视觉信息以及坐标、距离等几何结构信息。但是由于设备的内部构造与工作方式、安装位置及参考坐标系等因素不同，给两种数据融合对齐带来了困难，其首要问题是进行两种设备间的外参检校，即获得相机和激光器两个不同设备坐标系之间的旋转和平移关系。

鉴于激光位于可视光谱范围之外，不易寻找图像中与特征点激光数据中的对应点。因而部分学者采用红外相机获取可视的激光光斑建立像点与激光点之间的对应关系，这种方法虽然直接，但是所需要的设备大多价格昂贵，并且引入了红外相机与面阵相机和激光器之间多余的相对关系，降低了相机和激光器检校的精度。

因此，目前最为普遍的方法是通过使用单面棋盘格作为标定目标并通过点、线、面的约束关系进行外参标定，但是该方法存在以下问题：一是理论上需要获取3或5组棋盘格不同姿态的图像与激光数据，但是实际情况中为了获取更高精度的检校结果，需要获取20组以上的实验数据，操作繁琐；二是需要对检校结果的初值进行L-M算法优化，该优化需要较为准确的初值，否则会陷入局部极小，无法获得精确且稳定的检校结果。

当前还有基于墙角等三个相互垂直的平面进行标定的方法，但是这种方法需要已知标定目标的大小尺寸，若墙角边长的测量不够精确，影像中墙角的交线一般较为模糊，最终会影响标定的精度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于棋盘格三面体的相机与激光器外参检校方法及装置，由此解决现有检校方法复杂且精度较低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于棋盘格三面体的相机与激光器外参检校方法，应用于由所述相机与所述激光器组合的数据采集设备，其中，所述相机与所述激光器之间放置的位置关系不变，所述棋盘格三面体位于所述数据采集设备前方，且所述相机能够完整的拍摄所述棋盘格三面体的三个面，同时所述激光器能够扫描到三个正交的棋盘格面，所述方法包括：

S1：根据激光扫描面与所述棋盘格三面体的三条交线，利用三点透视法获得所述激光器相对于所述棋盘格三面体的位置和姿态；

S2：根据所述棋盘格三面体的角点与各角点对应像点之间的共线规律，利用空间后方交会得出所述相机相对于所述棋盘格三面体的位置和姿态；

S3：根据所述激光器相对于所述棋盘格三面体的位置和姿态及所述相机相对于所述棋盘格三面体的位置和姿态，得到所述相机与所述激光器之间的旋转和平移。

优选地，在步骤S1之前，所述方法还包括：

构建所述棋盘格三面体、所述相机与所述激光器的坐标系，其中，所述棋盘格三面体的坐标系以其中三面体的一个顶点作为坐标系原点，三个垂直面的交线分别为坐标轴建立的坐标系，所述相机的坐标系以相机光心为原点，与成像平面平行为XOY平面，按照右手坐标系法则以所述光心指向前面的方向为Z轴，所述激光器的坐标系以所述激光器的扫描中心为原点，扫描平面为XOZ平面，以右手坐标系法则确定Y轴。