[发明专利]一种多线激光雷达与相机联合标定的标定板及标定方法

权利要求书

1.一种多线激光雷达与相机联合标定的标定板，其特征在于，该标定板包括一个矩形基板，该矩形基板具有上表面和下表面；

上表面的中心部分为黑白棋盘格，沿着黑白棋盘格的外边缘的一圈为漫反射反光部分；

下表面是激光雷达识别的背景，具有吸光性能，为吸光涂层，且吸光涂层沿着基板的四个侧面向上表面延伸，将漫反射反光部分的四周完全包围；

所述的中心部分为矩形，所述的漫反射反光部分为环状矩形框，位于上表面的吸光涂层也为环状矩形框，黑白棋盘格、漫反射反光部分和吸光涂层在基板的上表面形成上下、左右对称图形；

所述的漫反射反光部分，其长边等于黑白棋盘格部分的长边的1.1倍—1.2倍；所述漫反射反光部分的短边等于黑白棋盘格部分的短边的1.1倍—1.2倍。

2.一种多线激光雷达与相机联合标定的标定板，其特征在于，包括第一层结构和第二层结构，其中第一层结构为漫反射反光板，漫反射反光板的中心为黑白棋盘格；第二层结构由吸光材料制作，在第二层包围第一层结构外圈、四周以及底面；

所述的漫反射反光板为矩形板，黑白棋盘格在漫反射反光板的中心形成具有一定面积的矩形块；

所述的第二层结构外边缘为矩形块；

所述的漫反射反光板的长边等于黑白棋盘格部分的长边的1.1倍—1.2倍；所述漫反射反光板的短边等于黑白棋盘格部分的短边的1.1倍—1.2倍。

3.基于权利要求1-2任一所述的标定板的激光雷达与相机联合标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将激光雷达与相机固连在一起，组成一个刚体结构；

步骤2：将标定板固定到激光雷达与相机前，并保持一定角度，保证漫反射反光板或者漫反射反光部分的矩形外缘的每条边至少被三条多线激光扫描线穿过；相机能清晰地观测到标定板的黑白棋盘格；

步骤3：同一个标定板位置同时采集多组激光雷达点云数据和相机图像数据，采集完一个位置后，更换标定板位置，重复步骤2、3继续采集直到采集结束；

步骤4：数据预处理，

根据激光雷达采集数据中的光强信息从标定板处的点云提取出来；将标定板在同一位置时采集到的激光点云数据利用体素滤波器对点云进行采样，作为激光雷达在该位置采集到的标定板点云数据；

相机采集到图像数据首先转为灰度图像，然后利用像素级和亚像素级角点检测方法提取棋盘格上的所有角点；将标定板在同一位置时采集到的棋盘格角点的像素坐标数据利用极大似然估计得到一组平均值，作为相机在该位置采集到的标定板角点像素数据；

步骤5：数据处理。

4.如权利要求3所述的激光雷达与相机联合标定方法，其特征在于，步骤5中数据处理方法如下：

计算P_W；以棋盘格的第一个角点位置做为O_B的原点，棋盘格角点的X/Y轴方向作为O_B的X/Y方向，Z轴方向根据右手坐标系确定；根据棋盘格的实际尺寸计算棋盘格各角点在O_B中的坐标为P_B；以O_B作为O_W，因此各角点在O_W中的坐标为P_W＝P_B；

计算P_L；对激光雷达获得的每一组标定板点云平均数据，使用RANSAC方法进行平面拟合，拟合出标定板所在平面；根据激光扫描线的ID提取多线激光各个扫描线的起止点，并将所有的起点坐标作为左侧点集，将终止点坐标作为右侧点集；将左、右点集投影到拟合平面得到左、右投影点集；对于左侧投影点集使用RANSAC方法进行直线拟合得到第一条边线，使用拟合后的所有外点再次进行直线拟合得到第二条边线；对右侧投影点集使用同样的方法拟合得到另外两条边线，由此便得到了标定板的外缘轮廓；分别对外缘轮廓相对的两条边线的方向向量取平均值得到O_L下标定板的X/Y轴，方向与O_B的X/Y轴方向一致；对四条边线两两相交的交点取平均值得到O_L下标定板的中心坐标，根据标定板棋盘格的实际大小以及标定板棋盘格原点位置和O_L下标定板的X/Y轴方向确定标定板原点在O_L下的坐标，进而计算出所有其他角点在O_L下的坐标P_L；

计算根据上述计算得到的P_W、P_L，使用ICP算法通过SVD分解计算得到

标定相机内参K和畸变系数；利用相机在所有位置处的平均角点坐标P_uv以及棋盘格的实际间距，使用张正友标定法标定相机的内参K和畸变系数；

计算通过标定板角点在O_W中坐标P_W、在O_uv中的坐标P_uv以及相机内参K和畸变系数，使用EPnP算法计算

计算并优化对应的李代数ξ；根据公式计算然后使用李代数ξ表示再用BundleAdjustment(BA)优化算法优化ξ；

对于每一个标定板位置，均可计算得到一个表示从O_L到O_C的转换的李代数ξ，再对所有ξ使用最小二乘优化便得到优化后的ξ，最后将ξ转换成由此便实现了多线激光雷达与相机的联合标定；

上述的：世界坐标系：O_W；标定板坐标系：O_B；激光雷达坐标系：O_L；相机坐标系：O_C；像素平面坐标系：O_uv；

角点点云在O_W中的坐标：P_W；角点点云在O_B中的坐标：P_B；角点点云在O_L中的坐标：P_L；角点点云在O_C中的坐标：P_C；角点点云在O_uv中的坐标：P_uv；

O_L到O_C的转换矩阵：O_L到O_W的转换矩阵：O_W到O_C的转换矩阵：