[发明专利]相对变换矩阵的标定方法、装置及系统

说明书

本发明涉及视觉融合技术领域，具体涉及相对变换矩阵的标定方法、装置及系统，所述方法包括获取激光三维坐标系下的多个三维控制点坐标以及获取各个三维控制点在目标物体的模型坐标系下的三维模型坐标；利用三维控制点坐标与对应的三维模型坐标，确定模型坐标系到激光三维坐标系下的坐标转换；获取目标物体的初始影像，所述初始影像为单点激光测距仪位于所述激光三维坐标系的原点处时相机采集的；基于目标物体在初始影像上的二维坐标点，确定与二维坐标点对应的激光三维坐标系下的三维坐标点；根据二维坐标点以及三维坐标点，确定相机相对于单点激光测距仪的相对变换矩阵。利用三维重建结果进行相对变换矩阵的标定，避免了棋盘格板的使用。

技术领域

本发明涉及视觉融合技术领域，具体涉及相对变换矩阵的标定方法、装置及系统。

背景技术

单点激光测距仪和相机的视觉融合系统已经广泛应用于现代生活中的诸多领域，例如城市模型构建、增强现实、目标跟踪以及自动驾驶等。在视觉融合系统中，单点激光测距仪和相机是两套独立的数据获取设备，要将二者获取的信息结合起来，则需要精确地计算出单点激光测距仪与相机之间的相对位置关系，也就是需要标定出单点激光测距仪与相机之间的相对变换矩阵。

针对这一需求，现有技术中提出的关于单点激光测距仪和相机之间的相对变换矩阵标定方法是通过多次移动棋盘格子标定板，得到多个位置下激光点的坐标，由于单点激光测距仪位置是固定的，所以这些激光三维点应在一条直线上。因此通过这些激光三维点的坐标可以构建一个空间中激光束的直线方程，再通过公式解算得到激光点在相机三维坐标系下的方向和坐标，从而完成相机与单点激光测距仪之间的相对变换矩阵标定。

然而，该类方法有两个约束条件，首先是多次移动棋盘格子标定板得到的多个激光点要在同一条直线上才能构建方程，因此随着标定板和激光测距仪之间距离的增加，误差也随之增大，其次是激光点必须打在棋盘格子标定板所在的平面上。当实际操作过程中不满足上述两个条件，则这类单点激光测距仪和相机之间的相对变换矩阵标定方法将失效。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种相对变换矩阵的标定方法、装置及系统，以解决单点激光测距仪和相机之间的相对变换矩阵的标定问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种相对变换矩阵的标定方法，所述标定方法包括：

获取激光三维坐标系下的多个三维控制点坐标以及获取各个三维控制点在目标物体的模型坐标系下的三维模型坐标；

利用所述三维控制点坐标与对应的所述三维模型坐标，确定所述模型坐标系到所述激光三维坐标系下的坐标转换；

获取所述目标物体的初始影像，所述初始影像为单点激光测距仪位于所述激光三维坐标系的原点处时相机采集的；

基于所述目标物体在所述初始影像上的二维坐标点，确定与所述二维坐标点对应的所述激光三维坐标系下的三维坐标点；

根据所述二维坐标点以及所述三维坐标点，确定所述相机相对于所述单点激光测距仪的相对变换矩阵。

本发明实施例提供的相对变换矩阵的标定方法，利用多个三维控制点坐标以及各个三维控制点在模型坐标系下的三维模型坐标对相对变换矩阵进行标定，即利用三维重建结果进行相对变换矩阵的标定，避免了棋盘格板的使用，且高精度的三维重建可以提升相对变换矩阵标定的精度；进一步地，由于初始影像是在单点激光测距仪位于所述激光三维坐标系的原点处时相机采集的，因此初始影像在激光三维坐标系的位置和姿态，可以看作是视觉融合系统中相机相对于激光测距仪的相对变换矩阵。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述获取多个激光三维坐标系下的三维控制点坐标，包括：

获取所述激光三维坐标系；

控制所述单点激光测距仪在所述激光三维坐标系下移动，并获取所述单点激光测距仪的测量结果，得到所述三维控制点坐标。