[发明专利]激光雷达和多线阵相机组合系统的相对位姿参数优化方法

说明书

本发明公开了一种激光雷达和多线阵相机组合系统的相对位姿参数优化方法，属于多传感器融合领域，利用激光雷达数据以及激光雷达、线阵相机坐标系与世界坐标系的转换关系得到各线阵相机的物方点云集；结合线阵相机内外方位元素及成像方式计算点云集的像点坐标，并利用影像对点云集赋灰度值，计算相邻两个线阵相机的物方重叠区，生成物方重叠区图像，计算重叠区图像相似度。依据智能优化算法调整线阵相机坐标系和世界坐标系之间的转换关系，以物方影像非重叠区内物体形变程度最小以及重叠区内相似度最大为准则优化线阵相机的外参，得到多个线阵相机坐标系之间的转换关系，用于影像拼接和隧道量测，此优化方法具有足够的精度和稳定性。

技术领域

本发明属于多传感器融合领域，更具体地，涉及一种激光雷达和多个线阵相机组合系统的相对位姿参数优化方法。

背景技术

在多传感器融合领域中，传感器之间的坐标系转换关系是至关重要的信息，对实际工程应用有着重要的意义。例如，在进行隧道裂缝检测的时候，由于隧道衬砌断面较大，为达到较高的裂缝检测精度，需通过多个线阵相机来实现隧道衬砌表面的覆盖，每相邻两个相机之间存在一定的重叠区域。为了直观的展示隧道衬砌表面的病害，需要把多个线阵相机的图片数据进行拼接，即把数张有重叠区域的、不同视角的图像拼成一幅大型的无缝高分辨率图像。现实中的隧道壁表面一般比较光滑，特征较少，基于特征点匹配的拼接方法往往不起作用。故需用多个线阵相机同时对隧道面进行影像数据采集，结合单线激光扫描仪采集的激光数据进行几何拼接，得到整个隧道面的全景影像，此方法可以提高隧道裂缝检测的精度和效率。

因此，如何高精度和高效地进行激光雷达和多个线阵相机组合系统的相机外参优化是目前亟需解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种激光雷达和多线阵相机组合系统的相对位姿参数优化方法，由此解决如何高精度和高效地进行激光雷达和多线阵相机组合系统的相对位姿参数优化的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种激光雷达和多线阵相机组合系统的相对位姿参数优化方法，包括：

(1)生成每个线阵相机拍摄范围内的物方点云集，并利用隧道影像分别对各所述物方点云集进行灰度赋值，以赋予点云纹理信息得到目标物方点云集；

(2)根据各所述目标物方点云集得到相邻两个线阵相机之间的物方拍摄重叠区，生成物方重叠区图像，并计算所述物方重叠区图像的相似度；

(3)修改各线阵相机坐标系与世界坐标系的关系，转至步骤(2)，直到所述相似度达到预设阈值或修改值达到预设参数修改范围，得到各所述线阵相机坐标系与世界坐标系的转换关系的最优参数，进而得到各所述线阵相机坐标系之间和各所述线阵相机坐标系与激光雷达坐标系的转换关系。

优选地，步骤(1)包括：

(1.1)对激光雷达数据进行曲线拟合，以线阵相机成像触发间距为固定间隔对所述激光雷达数据进行插值，生成加密二维激光点，并按照逆时针方向对所述加密二维激光点进行编号，将带有编号的加密二维激光点进行拟合后得到的曲线展成直线构建目标坐标轴，在所述目标坐标轴中，激光点号坐标轴为L轴，车行距离作为Z轴，将各所述加密二维激光点转换成激光雷达坐标系下的三维坐标点，根据激光雷达坐标系和世界坐标系之间的转换关系，将激光雷达坐标系下的各三维坐标点转换至世界坐标系，对世界坐标系下的各三维坐标点以线阵相机成像触发间距为固定间隔沿Z轴扩展，使世界坐标系下的物方规则点云集Z轴数值的分布范围大于线阵相机采集的影像对应的隧道断面拍摄范围，利用物方规则点云集生成拍摄断面，得到世界坐标系下的断面规则点云；

(1.2)根据世界坐标系和各线阵相机坐标系之间的转换关系，结合所述世界坐标系下的断面规则点云得到每个线阵相机的第一线影像对应的物方点云集；