基于单目相机和多线激光雷达的联合标定方法研究

作者

代军李文波赵俊伟袁兴起王跃功李东方程晓琦花岛直彥
单位

河南理工大学河南省先进电子封装材料精密成形国际联合实验室河南理工大学机械与动力工程学院平顶山平煤机煤矿机械装备有限公司佛山科学技术学院机电工程与自动化学院室兰工业大学机器人与机械工程研究所
摘要

目的针对相机和激光雷达之间的外参标定问题，为了减少两者的标定误差，得到更高的标定精度，方法提出一种基于非线性优化的联合标定方法。首先拍摄不同角度的棋盘格标定板图像，采集足够多数据后利用工具包进行相机内参标定，得到单目相机内参；然后在激光点云和图像中检测标定板的角点特征坐标，激光点云下的角点坐标由提取的标定板点云数据和其几何特征获得，通过拟合出的图形由上至下、由左至右确定图形顶点坐标及标定板行列数，可得到各角点坐标；相机角点特征坐标采用FAST角点检测，利用角点灰度信息确定角点坐标；根据点云检测特征点到图像投影误差构建目标函数，将外参求解转化为最小二乘问题；最后通过基于列文伯格-马夸尔特的非线性优化算法，迭代求解得到最优外参。结果最终平均标定投影误差为1.29像素，最大投影误差为2.46像素，最小投影误差为0.70像素，标准差为0.57像素。结论根据标定的外参将点云投影至图像上可知，标定结果较好，并将结果运用到实际场景下视觉和激光雷达融合的SLAM算法中，运动轨迹平滑且与地图保持高度一致，本文方法标定过程简单，不需要棋盘格的真实物理尺寸，满足使用要求。
关键词

多传感器融合单目相机激光雷达联合标定图像处理
基金项目(Foundation)

国家自然科学基金资助项目（62201151）；河南省科技攻关项目（232102221028）；河南省高等学校重点科研项目（22A460020）；河南理工大学博士基金资助项目（B2016-22）；
文章目录

0 引言
1 联合标定原理
1.1 相机模型
1.2 传感器之间的坐标系转换
2 联合标定相关数学模型
2.1 联合标定方法设计
2.2 联合标定流程
2.2.1 目标函数的构建
2.2.2 基于非线性优化的外参求解
3 视觉图像与三维激光点云联合标定实验
3.1 实验设备及环境
3.2 图像和点云中的特征检测
4 结果与分析
4.1 单目相机内参标定
4.2 联合标定
5 结语