CN109375195B - 一种基于正交法向量的多线激光雷达外参数快速标定方法 - Google Patents
一种基于正交法向量的多线激光雷达外参数快速标定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109375195B CN109375195B CN201811401717.1A CN201811401717A CN109375195B CN 109375195 B CN109375195 B CN 109375195B CN 201811401717 A CN201811401717 A CN 201811401717A CN 109375195 B CN109375195 B CN 109375195B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- orthogonal
- scene
- normal vector
- laser radar
- line laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
本发明公布了一种基于正交法向量的多线激光雷达外参数快速标定方法,主要涉及到无人驾驶汽车环境感知技术领域,该方法步骤为:选择一个有平坦地面且有墙角的场景;把安装了多线激光雷达的无人驾驶车辆正对着其中一面墙停放;选取照射在三个面上的雷达数据点集,标记为P1,P2,P3;对每个数据点集进行计算,得到点集的法向量I1,I2,I3;计算数据点集所对应的墙面在车体坐标系下的法向量集W1,W2,W3;标记NI=[I1,I2,I3],NW=[W1,W2,W3];对H进行奇异值分解,得到旋转矩阵R。本发明不需要专门的标定设备和严格的标定场景,具有原理简单、操作方便且标定精度高的优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及到无人驾驶汽车环境感知技术领域,具体的说是一种基于正交法向量的多线激光雷达外参数的快速标定方法。
背景技术
多线激光雷达是无人驾驶汽车配备的一种重要传感器,在自动驾驶过程中承担了道路检测、正负障碍物识别以及实时定位与建图等重要任务,具有测量速度快、精度高和测距远等优点,在无人驾驶领域中得到了广泛应用。
在实际应用中,为了实现更好的环境感知效果,或者基于某些特殊应用需求,多线激光雷达往往会按某一角度倾斜安装。因此,多线激光雷达的外参数标定就是建立起激光雷达坐标系与车体坐标系之间的变换关系,其标定方法是否简单、快速和准确,对多线激光雷达在无人驾驶汽车领域的应用具有重大意义。
随着多线激光雷达的广泛应用,越来越多的激光雷达标定方法被研究,如专利201710009510.9提出了一种激光雷达标定方法,通过使激光雷达运动,在不同的两个位置对同一个标定板进行检测,获取标定板的检测数据和雷达自身的相对位移数据,调整雷达的标定参数。该方法需要使用标定板(检测目标),运动装置(具备进行很微小的移动能力),需要在运动装置上安装惯性测量单位、全球定位***或者其他方式测量出激光雷达两个采样时刻之间的相对位移。因此,该标定方式实际上为了实现其标定目的,需要一套复杂的辅助工具(一个带位置检测功能且能进行很微小的移动的运动装置,且能精确记录其移动距离),需要对雷达移动多次(至少两次)来实现整个标定过程。专利ZL201710320952.5提出了一种多线激光雷达的标定装置和方法,通过设计一种复杂的标定装置,并对装置进行适当的操作,来实现雷达的标定过程。专利ZL201710515747.4也提出了一种激光雷达外参数自动标定的方法和装置,该方法采用放置两类标志物:第一类标志物为圆锥,第二类标记物为球体,分别获取打在标记物特定部位的雷达数据,通过算法拟合实现雷达的自动标定。
现有的多线激光雷达标定方法都需要特制的标定装置或者特殊的标记物来配合标定,需要特定的标定场景来安放标定装置或者标记物,这些标定方法对无人驾驶汽车车载多线激光雷达的使用而言并不方便。
发明内容
本发明针对现有的无人驾驶领域多线激光雷达标定方法需要特制的标定装置或者标记物的问题,本发明提出了一种基于正交法向量的多线激光雷达外参数快速标定方法,该步骤为:
(1)寻找一个有平坦地面且有平坦墙角的场景作为标定场景;标定场景是两个或三个相互垂直的平面;当标定场景是两个相互垂直的面时,两个相互垂直的面为:一个地面加一个墙面,或者墙角的两个墙面;当标定场景是三个相互垂直的平面时,三个相互垂直的面为一个地面加墙角的两个墙面;
(2)把安装了多线激光雷达的无人驾驶车辆正对着一面墙停放;
(3)分别选取三个面上的雷达数据点集,标记为P1,P2,P3;
(4)对每个数据点集进行计算,得到点集的法向量I1,I2,I3;
(5)计算数据点集所对应的平面在车体坐标系下的法向量集W1,W2,W3;
(6)标记NI=[I1,I2,I3],NW=[W1,W2,W3],这里NI和NW分别为3×3的矩阵,计算其乘积矩阵H=NI×NW;
(7)对H进行奇异值分解,得到旋转矩阵R=svd(H),R即为从多线激光雷达坐标系向车体坐标系变换的标定参数。
作为本发明的进一步改进:
本方法中的标定场景是两个相互垂直的平面,即一个地面加一个墙面或者墙角的两个墙面,两个相互垂直的平面的法向量之间必然相互正交,正交的法向量作为标定特征,通过奇异值分解获得标定结果;或者将标定场景选择为三个相互垂直的平面,即一个地面加墙角的两个墙面,三个相互垂直的平面的法向量之间必然相互正交,正交的法向量作为标定特征,通过奇异值分解获得标定结果。
本方法既可以采用两个正交的平坦平面进行标定,也可以采用三个正交的平坦平面进行标定,其精度都能满足无人驾驶车辆环境感知需求,但是用三个正交的平坦平面进行标定为最佳的标定方案。
与现有技术相比,本发明的优点在于,不需要专门的标定装置和严格的标定环境,大大降低了硬件上的要求,降低了成本采用雷达点集的法向量和平面的法向量作为特征进行标定,比传统的雷达点云标定方法具有更高的精度和更好的鲁棒性,该方法无需特殊标定装置,对于任意角度安装在无人驾驶车辆上的多线激光雷达,只要利用室内外普遍存在的地面和墙角等自然场景,通过相互垂直的平面获取的正交法向量作为标定特征,通过奇异值分解操作,就能够把多线激光雷达标定到车体坐标系下;本发明操作步骤简单,精度高,可以直接用于多线激光雷达在无人驾驶汽车领域的外参数标定,能够产生很高的经济效益。
附图说明
图1是本发明的流程示意图;
图2是本发明标定场景工作示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如附图2所示,当待标定的多线激光雷达根据视野需要或者任务需求,以某一角度安装到一辆无人驾驶汽车平台上之后,结合图1,本发明提出的一种基于正交法向量的多线激光雷达外参数快速标定方法的步骤为:
(1)找到一个室内或室外随处可见的存在三个相互垂直平面的场景,如空旷的室内、室内车库、室外路边的墙角、台阶等场景;
(2)把车辆正对着其中一个平面停放好,同时要确保多线激光雷达的多条线能够照射到用于标定的三个平面,照射范围越广,效果越好;
(3)从多线激光雷达的数据中分别选取照射在三个平面上的雷达数据组成三个数据点集,标记为P1,P2,P3,原则上每个数据点集里只要有三个不在一条线上的雷达数据点,就能计算出一个平面,实际应用中,该数据点集包含的面积越大,则精度越高;
(4)对每个数据点集的数据进行计算,得到点集的法向量,标记为I1,I2,I3;
(5)计算数据点集所对应的平面在车体坐标系下的法向量,标记为W1,W2,W3。因为无人驾驶汽车正对着其中一个平面,因此该平面和相互垂直的平面在车体坐标系下的法向量可以直接得到;
(6)标记NI=[I1,I2,I3],NW=[W1,W2,W3],这里NI和NW分别为3×3的矩阵,计算其乘积矩阵H=NI×NW;
(7)对H进行奇异值分解,得到旋转矩阵R=svd(H),R即为从多线激光雷达坐标系向车体坐标系变换的标定参数。
通过以上步骤,就能够把多线激光雷达坐标系标定到车体坐标系下。由于车体坐标系的原点和多线激光雷达的安装原点之间可以通过测量得出平移矩阵。
由上可知,本发明根据奇异值分解两个坐标系下的正交法向量来获得外参数标定的旋转矩阵这个特点,提出了一种基于正交法向量的多线激光雷达快速标定的方法,即首先寻找一个存在两个或者三个相互垂直的平面,作为标定场景;同时,利用无人驾驶车辆正对着标定场景中的某一个平面,从而可以直接获取相互垂直的平面在车体坐标系下的法向量;然后通过多线激光雷达照射在不同平面上的数据点集,也可以计算出各个平面在多线激光雷达坐标系下的法向量;利用两个坐标系下的两组正交的法向量,通过成熟的奇异值分解方法,就可以得到两个坐标系之间的转换关系。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于正交法向量的多线激光雷达外参数快速标定方法,其特征在于步骤为:
(1)选择一个有平坦地面且有墙角的场景作为标定场景;标定场景是两个或三个相互垂直的平面;当标定场景是两个相互垂直的面时,两个相互垂直的面为:一个地面加一个墙面,或者墙角的两个墙面;当标定场景是三个相互垂直的平面时,三个相互垂直的面为一个地面加墙角的两个墙面;
(2)把安装了多线激光雷达的无人驾驶车辆正对着其中一面墙停放;
(3)分别选取三个面的雷达数据点集,标记为P1,P2,P3;
(4)对每个数据点集进行计算,得到点集的法向量I1,I2,I3;
(5)计算数据点集所对应的三个面在车体坐标系下的法向量集W1,W2,W3,由于无人驾驶车辆正对着标定场景中的某一个平面,可以直接获取相互垂直的平面在车体坐标系下的法向量;
(6)标记NI=[I1,I2,I3],NW=[W1,W2,W3],这里NI和NW分别为3×3的矩阵,计算其乘积矩阵H=NI×NW;
(7)对H进行奇异值分解,得到旋转矩阵R=svd(H),R即为从多线激光雷达坐标系向车体坐标系变换的标定参数;当标定场景是两个相互垂直的面时,两个相互垂直的平面的法向量之间必然相互正交,正交的法向量作为标定特征,通过奇异值分解获得标定结果;当标定场景是三个相互垂直的平面时,三个相互垂直的平面的法向量之间必然相互正交,正交的法向量作为标定特征,通过奇异值分解获得标定结果。
2.根据权利要求1所述的基于正交法向量的多线激光雷达外参数快速标定方法,其特征在于,当标定场景是两个相互垂直的面时,采用两个正交的平坦平面进行标定结果;当标定场景是三个相互垂直的平面时,采用三个正交的平坦平面进行标定结果。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811401717.1A CN109375195B (zh) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | 一种基于正交法向量的多线激光雷达外参数快速标定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811401717.1A CN109375195B (zh) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | 一种基于正交法向量的多线激光雷达外参数快速标定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109375195A CN109375195A (zh) | 2019-02-22 |
CN109375195B true CN109375195B (zh) | 2019-07-16 |
Family
ID=65377350
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811401717.1A Active CN109375195B (zh) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | 一种基于正交法向量的多线激光雷达外参数快速标定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109375195B (zh) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112147598A (zh) * | 2019-06-27 | 2020-12-29 | 武汉爱速达机器人科技有限公司 | 一种基于直角墙面的激光标定方法 |
CN110320506B (zh) * | 2019-08-06 | 2023-05-02 | 深圳市海梁科技有限公司 | 一种车用激光雷达自动标定装置及方法 |
CN112630751B (zh) * | 2019-10-09 | 2024-06-18 | 中车时代电动汽车股份有限公司 | 一种激光雷达的标定方法 |
CN111121625B (zh) * | 2019-12-27 | 2021-07-27 | 安徽意欧斯物流机器人有限公司 | 一种对角布置双激光雷达相对位置标定方法 |
CN111007485B (zh) * | 2020-03-09 | 2020-10-27 | 中智行科技有限公司 | 一种图像处理方法、装置、以及计算机存储介质 |
CN111190153B (zh) * | 2020-04-09 | 2020-08-25 | 上海高仙自动化科技发展有限公司 | 外参标定方法及装置、智能机器人及计算机可读存储介质 |
CN112485773B (zh) * | 2020-11-09 | 2023-06-06 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 激光雷达与倾角传感器的外参信息标定方法 |
CN112560800B (zh) * | 2021-01-12 | 2024-05-28 | 知行汽车科技(苏州)股份有限公司 | 路沿检测方法、装置及存储介质 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100235129A1 (en) * | 2009-03-10 | 2010-09-16 | Honeywell International Inc. | Calibration of multi-sensor system |
CN104656097B (zh) * | 2015-01-28 | 2017-03-08 | 武汉理工大学 | 基于旋转式二维激光三维重构***的标定装置及方法 |
US10359507B2 (en) * | 2016-12-30 | 2019-07-23 | Panosense Inc. | Lidar sensor assembly calibration based on reference surface |
CN107870324B (zh) * | 2017-05-09 | 2021-06-25 | 吉林大学 | 一种多线激光雷达的标定装置和方法 |
CN107179534B (zh) * | 2017-06-29 | 2020-05-01 | 北京北科天绘科技有限公司 | 一种激光雷达参数自动标定的方法、装置及激光雷达 |
-
2018
- 2018-11-22 CN CN201811401717.1A patent/CN109375195B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109375195A (zh) | 2019-02-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109375195B (zh) | 一种基于正交法向量的多线激光雷达外参数快速标定方法 | |
EP2201532B1 (en) | Local positioning system and method | |
US7859655B2 (en) | Method involving a pointing instrument and a target object | |
CN110221623A (zh) | 一种空地协同作业***及其定位方法 | |
US20170054954A1 (en) | System and method for visually displaying information on real objects | |
CN108919825A (zh) | 具备避障功能的无人机室内定位***及方法 | |
US20140160115A1 (en) | System And Method For Visually Displaying Information On Real Objects | |
CN108594245A (zh) | 一种目标物运动监测***及方法 | |
CN105184776A (zh) | 目标跟踪方法 | |
CN109613584B (zh) | 基于uwb的无人集卡的定位定向方法 | |
CN103434609A (zh) | 一种用于船体分段外板的自动划线方法 | |
KR20100086589A (ko) | 지그비의 수신신호세기를 이용한 지능형 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치 및 그 방법 | |
CN102998689B (zh) | 基于虚拟传感器的区域判断方法 | |
CN105445729A (zh) | 无人机飞行三维航迹精度检测方法及*** | |
CN108132029A (zh) | 一种卫星天线展开***装配的精测方法及装置 | |
CN105301621A (zh) | 一种车辆定位装置及一种智能驾考*** | |
Peng et al. | A measuring method for large antenna assembly using laser and vision guiding technology | |
CN112598756B (zh) | 路边传感器标定方法、装置和电子设备 | |
CN114035150A (zh) | 一种基于无人机升空平台的无线电射频源测向装置及定位方法 | |
CN105571491A (zh) | 基于双目视觉的汽车底盘数据测量***及其方法 | |
CN117310627A (zh) | 一种应用于车路协同路侧感知***的联合标定方法 | |
CN113960564B (zh) | 一种用于水下检测的激光综合参考***及测距和标定的方法 | |
CN111141252B (zh) | 一种单目标定测距的方法及*** | |
CN102798391A (zh) | 一种激光影像定位导航装置 | |
Wu et al. | A novel precise guiding method for visual guiding theodolite measurement in volume space |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |