CN113391298B - 一种激光雷达的参数标定方法和装置 - Google Patents

一种激光雷达的参数标定方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113391298B
CN113391298B CN202110483610.1A CN202110483610A CN113391298B CN 113391298 B CN113391298 B CN 113391298B CN 202110483610 A CN202110483610 A CN 202110483610A CN 113391298 B CN113391298 B CN 113391298B
Authority
CN
China
Prior art keywords
spot
sensor
laser
pixel
coordinates
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
Application number
CN202110483610.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113391298A (zh
Inventor
朱黎
黄若普
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Angstrong Technology Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Angstrong Technology Co ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Angstrong Technology Co ltd filed Critical Shenzhen Angstrong Technology Co ltd
Priority to CN202110483610.1A priority Critical patent/CN113391298B/zh
Publication of CN113391298A publication Critical patent/CN113391298A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113391298B publication Critical patent/CN113391298B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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

本发明公开一种激光雷达的参数标定方法和装置，将Spot dToF激光雷达的激光源投射到具有光反射效果的平板上；根据传感器采集的最高触发次数P，将各像素的P值转换为灰度值I并生成对应的灰度图；以所述灰度图中各斑点中灰度值最大的像素点P1作为斑点图的特征点；设置双目激光传感器采集平板上斑点的图像，提取两张斑点图中每个斑点中心像素点作为各自斑点图的特征点；根据各斑点中心的深度值和斑点在双目激光传感器内单个传感器的灰度图中的像素坐标Pl，以及传感器内参矩阵K计算斑点在相机坐标系下的坐标；变换Spot dToF激光雷达的位姿，得到多帧激光雷达传感器获得的斑点图像素特征点坐标和平板上斑点中心的世界坐标，并进行内参求解。

Description

一种激光雷达的参数标定方法和装置
技术领域
本发明属于光学成像技术领域，尤其涉及一种激光雷达的参数标定方法和装置。
背景技术
Spot dToF(direct Time of Flight)激光雷达的激光源(不可见光)为散斑状并经过衍射光学元件(Diffractive Optical Elements,DOE)分散，它通过直接计算飞行时间来测量深度。但是要想计算测量物体的3d坐标信息，需要对激光传感器进行内参标定。
如公开号CN 107179534A的专利申请文件提供的激光雷达参数自动标定的方法包括：在标定场中设置第一标志物，该第一标志物具有第一标志点，利用激光雷达对该标定场进行激光扫描，获取扫描数据：对该第一标志物的所在位置处的扫描数据进行拟合，获取该第一标志点的拟合空间坐标；利用该拟合空间坐标以及该第一标志点的测量空间坐标之间的误差，进行激光雷达参数的解算，利用解算出的激光雷达参数进行自动标定。以及公开号为CN209460399U的申请文件也提供了一种多线激光雷达的参数标定方法。
由于光源是散斑状的，面阵激光传感器无法做到所有像素都感光，所以得到的图像也是稀疏的斑点状图像。Spot dToF的成像特点导致了不论是通过3d点云数据还是激光灰度数据都无法有效提取空间特征点，这对激光传感器的内参标定带来极大困难。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种激光雷达的参数标定方法和装置，解决Spot dToF激光雷达的光源特性导致的不论从3d点云数据还是激光灰度数据都无法提取传统标定板上的特征点像素坐标和世界坐标，从而无法完成标定的问题。
为实现上述发明目的，本申请的技术方案如下：
一种激光雷达的参数标定方法，包括：
(1)将Spot dToF激光雷达的激光源投射到具有光反射效果的平板上；
(2)利用Spot dToF激光传感器面采集平板上斑点的图像，统计传感器各像素雪崩二极管触发的次数n和飞行时间t；
(3)根据单位时间段内所有像素的最高触发次数P，将各像素的P值转换为灰度值I并生成对应的灰度图；
(4)以所述灰度图中各斑点中灰度值最大的像素点P1(u1,v1)作为斑点图的特征点；
(5)设置双目激光传感器采集平板上斑点的图像，提取两张斑点图中每个斑点中心像素点作为各自斑点图的特征点，并计算平板上斑点到双目传感器的深度Z；
(6)根据各斑点中心的深度值和斑点在双目激光传感器内单个传感器的灰度图中的像素坐标Pl(ul,vl)，以及传感器内参矩阵K计算斑点在相机坐标系下的坐标(X,Y,Z)；
(7)变换Spot dToF激光雷达的位姿，重复步骤(4-6)，得到多帧激光雷达传感器获得的斑点图像素特征点坐标和平板上斑点中心的世界坐标，根据相机模型、平板上斑点中心的世界坐标(X,Y,Z)、图像角点坐标(u,v)和相机内参fx,fy,cx,cy进行内参求解。
优选的，所述平板具有较高反射率，投射的光源呈斑点状分布。
所述的较高反射率指对Spot dToF光源类型的激光总反射率在80％以上，漫反射率在60％以上。
优选的，在步骤(3)中，以时间为坐标横轴，触发次数为坐标纵轴，统计单位时间段内的最高触发次数P，传感器所有像素的P值，把各像素的P值按下式转换成0-255区间的灰度值I即可得到平板上斑点的图像；
I＝P/maxP*255
式中maxP是所有像素P值中的最大值。
优选的，所述双目激光传感器成像的像素灰度值由每个像素接收到的激光强度S决定，把各像素的S值按下式转换成0-255区间的灰度值I即可得到平板上斑点的图像；
I＝S/maxS*255
式中的maxS是所有像素S值中的最大值。
优选的，在步骤(5)中，根据斑点的分布特征，对两张图中的特征点Pl(ul,vl)，Pr(ur,vr)进行一一对应。
优选的，在步骤(6)中，计算斑点在相机坐标系下的坐标(X,Y,Z)的公式如下：
式中Z为深度值，K为传感器内参矩阵。
优选的，在步骤(7)中，内参求解的公式如下：
式中：R为平板上斑点中心的世界坐标换成Spot dToF相机坐标时的旋转矩阵，t为平板上斑点中心的世界坐标转换成Spot dToF相机时的平移向量
本申请还提供用于实现上述激光雷达的参数标定方法的装置，包括：
Spot dToF激光雷达，由激光投射器和激光传感器组成；
具有光反射效果的平板；
和设置在所述Spot dToF激光雷达附近的双目激光传感器。
本发明利用Spot dToF激光雷达自己投射出的斑点状光束进行标定，借助双目激光传感器对不可见光成像，能够顺利完成激光雷达的内参标定。
附图说明
图1为散斑激光光源投射到高反射率平板上的示意图；
图2为dtof激光雷达传感器单个像素雪崩二极管触发的次数n和飞行时间t的统计曲线；
图3为待标定Spot dToF激光雷达，双目激光传感器于标定平板的布局示意图；
图4为双目测量深度数几何模型图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本实施例中激光雷达的参数标定方法，如图1和图4所示，对应的标定装置包括具有较高反射率的平板100；spot dToF激光雷达200，由激光投射器和激光传感器组成；和设置在spot dToF激光雷达200附件的双目激光传感器300。
根据上述的装置结构，内参标定方法的具体步骤如下：
(1)将Spot dToF激光雷达200的激光源投射到一块对光源具有较高反射率的平板100上，如图1所示，光源呈斑点状分布，图中所示的斑点101分布形式只是一个例子，也有可能是其他任何分布形式。由于激光源是不可见光，所以斑点肉眼不可见。
(2)Spot dToF激光传感器面对平板采集平板上斑点的图像，统计传感器各像素雪崩二极管触发的次数n和飞行时间t。
(3)以时间为坐标横轴，触发次数为坐标纵轴，统计单位时间段内的最高触发次数P，如图2所示。
(4)统计传感器所有像素的P值，把各像素的P值按下式转换成0-255区间的灰度值I即可得到平板上斑点的图像；
I＝P/maxP*255
公式中maxP是所有像素P值中的最大值。
(5)提取步骤4获得的斑点灰度图中每个斑点中灰度值最大的像素点P1(u1,v1)作为斑点图的特征点。
(6)在Spot dToF激光传感器的附近放置两个事先已经做过双目标定的可以检测Spot dToF光源类型激光的高分辨率传感器模组(即双目激光传感器300)，如图3所示。这种传感器成像的像素灰度值由每个像素接收到的激光强度S决定，把各像素的S值按下式转换成0-255区间的灰度值I即可得到平板上斑点的图像；
I＝S/maxS*255
公式中的maxS是所有像素S值中的最大值。
本实施例中的双目激光传感器的成像原理只是一种举例形式，其他合理的成像原理亦可。
(7)提取双目激光传感器获得的两张斑点图中每个斑点中心像素点作为各自斑点图的特征点，并根据斑点的分布特征把两张图中的特征点Pl(ul,vl)，Pr(ur,vr)一一对应起来。
(8)如图4所示，利用两幅图中一一对应的双目三角测量原理计算平板上斑点到双目传感器的深度Z。
(9)利用步骤8计算出来的各斑点中心的深度值和斑点在双目传感器其中之一(这里以左传感器为例)的灰度图中的像素坐标Pl(ul,vl)以及传感器内参矩阵K计算斑点在相机坐标系下的坐标(X，Y，Z)。
(10)变换Spot dToF激光雷达的位姿，重复步骤5、7、8、9，得到多帧激光雷达传感器获得的斑点图像素特征点坐标和平板上斑点中心的世界坐标，根据相机模型，标定板世界坐标(X，Y，Z)，图像角点坐标(u，v)和相机内参fx,fy,cx,cy的关系如下式所示,将多组斑点的世界坐标和像素坐标带入下式进行内参求解。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，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 (7)

1.一种激光雷达的参数标定方法，其特征在于，包括：
(1)将Spot dToF激光雷达的激光源投射到具有光反射效果的平板上；
(2)利用Spot dToF激光传感器面采集平板上斑点的图像，统计传感器各像素雪崩二极管触发的次数n和飞行时间T；
(3)根据单位时间段内所有像素的最高触发次数P，将各像素的P值转换为灰度值I并生成对应的灰度图；
(4)以所述灰度图中各斑点中灰度值最大的像素点P1(u1,v1)作为斑点图的特征点；
(5)设置双目激光传感器采集平板上斑点的图像，提取两张斑点图中每个斑点中心像素点作为各自斑点图的特征点，并计算平板上斑点到双目传感器的深度Z；
(6)根据各斑点中心的深度值和斑点在双目激光传感器内单个传感器的灰度图中的像素坐标Pl(ul,vl)，以及传感器内参矩阵K计算平板上斑点中心的世界坐标(X,Y,Z)；
(7)变换Spot dToF激光雷达的位姿，重复步骤(4-6)，得到多帧激光雷达传感器获得的斑点图像素特征点坐标和平板上斑点中心的世界坐标，根据相机模型、平板上斑点中心的世界坐标(X,Y,Z)、图像角点坐标(u,v)和相机内参fx,fy,cx,cy进行内参求解；
内参求解的公式如下：
式中：R为平板上斑点中心的世界坐标换成Spot dToF相机坐标时的旋转矩阵，t为平板上斑点中心的世界坐标转换成Spot dToF相机时的平移向量。
2.根据权利要求1所述的激光雷达的参数标定方法，其特征在于，所述平板具有较高反射率，投射的光源呈斑点状分布。
3.根据权利要求1所述的激光雷达的参数标定方法，其特征在于，在步骤(3)中，以时间为坐标横轴，触发次数为坐标纵轴，统计单位时间段内的最高触发次数P，传感器所有像素的P值，把各像素的P值按下式转换成0-255区间的灰度值I即可得到平板上斑点的图像；
I＝P/maxP*255
式中maxP是所有像素P值中的最大值。
4.根据权利要求1所述的激光雷达的参数标定方法，其特征在于，所述双目激光传感器成像的像素灰度值由每个像素接收到的激光强度S决定，把各像素的S值按下式转换成0-255区间的灰度值I即可得到平板上斑点的图像；
I＝S/maxS*255
式中的maxS是所有像素S值中的最大值。
5.根据权利要求4所述的激光雷达的参数标定方法，其特征在于，在步骤(5)中，根据斑点的分布特征，对两张图中的特征点Pl(ul,vl)，Pr(ur,vr)进行一一对应。
6.根据权利要求1所述的激光雷达的参数标定方法，其特征在于，在步骤(6)中，计算斑点在相机坐标系下的坐标(X,Y,Z)的公式如下：
式中Z为深度值，K为传感器内参矩阵。
7.用于实现权利要求1～6任一项所述激光雷达的参数标定方法的装置，其特征在于，包括：
Spot dToF激光雷达，由激光投射器和激光传感器组成；
具有光反射效果的平板；
和设置在所述Spot dToF激光雷达附近的双目激光传感器。
CN202110483610.1A 2021-04-30 2021-04-30 一种激光雷达的参数标定方法和装置 Active CN113391298B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110483610.1A CN113391298B (zh) 2021-04-30 2021-04-30 一种激光雷达的参数标定方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110483610.1A CN113391298B (zh) 2021-04-30 2021-04-30 一种激光雷达的参数标定方法和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113391298A CN113391298A (zh) 2021-09-14
CN113391298B true CN113391298B (zh) 2023-09-22

Family

ID=77617873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110483610.1A Active CN113391298B (zh) 2021-04-30 2021-04-30 一种激光雷达的参数标定方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113391298B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114740457A (zh) * 2022-04-06 2022-07-12 惠州越登智能科技有限公司 一种tof激光雷达发射单元调节***及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102980528A (zh) * 2012-11-21 2013-03-20 上海交通大学 无位姿约束线激光单目视觉三维测量传感器参数标定方法
CN104930985A (zh) * 2015-06-16 2015-09-23 大连理工大学 基于时空约束的双目视觉三维形貌测量方法
CN107401976A (zh) * 2017-06-14 2017-11-28 昆明理工大学 一种基于单目相机的大尺寸视觉测量***及其标定方法
WO2017215295A1 (zh) * 2016-06-14 2017-12-21 华为技术有限公司 一种摄像机参数调整方法、导播摄像机及***
CN110349221A (zh) * 2019-07-16 2019-10-18 北京航空航天大学 一种三维激光雷达与双目可见光传感器的融合标定方法
CN110599541A (zh) * 2019-08-28 2019-12-20 贝壳技术有限公司 一种对多传感器进行标定的方法、装置和存储介质
CN111243002A (zh) * 2020-01-15 2020-06-05 中国人民解放军国防科技大学 应用于高精度三维测量的单目激光散斑投影***标定及深度估计方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102980528A (zh) * 2012-11-21 2013-03-20 上海交通大学 无位姿约束线激光单目视觉三维测量传感器参数标定方法
CN104930985A (zh) * 2015-06-16 2015-09-23 大连理工大学 基于时空约束的双目视觉三维形貌测量方法
WO2017215295A1 (zh) * 2016-06-14 2017-12-21 华为技术有限公司 一种摄像机参数调整方法、导播摄像机及***
CN107401976A (zh) * 2017-06-14 2017-11-28 昆明理工大学 一种基于单目相机的大尺寸视觉测量***及其标定方法
CN110349221A (zh) * 2019-07-16 2019-10-18 北京航空航天大学 一种三维激光雷达与双目可见光传感器的融合标定方法
CN110599541A (zh) * 2019-08-28 2019-12-20 贝壳技术有限公司 一种对多传感器进行标定的方法、装置和存储介质
CN111243002A (zh) * 2020-01-15 2020-06-05 中国人民解放军国防科技大学 应用于高精度三维测量的单目激光散斑投影***标定及深度估计方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Large Field of View Binocular Stereo Vision Sensor Calibration Method Based on 3D Virtual Target;Shoubo Yang等;2018 the 3rd Optoelectronics Global Conference;第165-170页 *
一种基于平面标靶的线结构光视觉传感器标定方法;吴庆华;何涛;史铁林;;光电子.激光(02);全文 *
基于二值几何编码图案的高精度结构光***参数标定方法研究;曾海;唐苏明;田野;刘映江;宋展;;集成技术(02);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113391298A (zh) 2021-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20190195616A1 (en) Method and apparatus for processing three-dimensional vision measurement data
CN110230998B (zh) 基于线激光和双目相机的快速精密三维测量方法和装置
CN101901501B (zh) 一种生成激光彩色云图的方法
CN108805976B (zh) 一种三维扫描***及方法
CN111508027A (zh) 摄像机外参标定的方法和装置
CN110672037A (zh) 基于相移法的线性光源光栅投影三维测量***及方法
CN113391298B (zh) 一种激光雷达的参数标定方法和装置
CN111385558B (zh) Tof摄像模组精度测量方法及其***
WO2022217988A1 (zh) 传感器配置方案确定方法、装置、计算机设备、存储介质及程序
CN113554697A (zh) 基于线激光的舱段轮廓精确测量方法
CN115856829B (zh) 一种雷达三维数据转换的图像数据识别方法及***
CN107564051B (zh) 一种深度信息采集方法及***
CN110953988B (zh) 立体块及利用其对线结构光传感器精度进行评价的方法
CN111325793A (zh) 一种图像测量中基于光斑的像素尺寸动态标定***和标定方法
CN100359286C (zh) 图像处理提高激光测量精度的方法
CN110986816A (zh) 一种深度测量***及其测量方法
CN116592766A (zh) 一种基于激光与单目视觉融合的精密三维测量方法和装置
CN116202423A (zh) 一种基于激光三角测距的线激光二维定位方法
CN113391299B (zh) 一种扫描面阵激光雷达的参数标定方法和装置
CN115824170A (zh) 一种摄影测量与激光雷达融合测量海洋波浪的方法
CN115082538A (zh) 基于线结构光投影的多目视觉平衡环零件表面三维重建***及方法
TWI480507B (zh) 三維模型重建方法及其系統
CN114066992B (zh) 一种相机标定方法、***、装置以及存储介质
CN110726996B (zh) 深度模组测距方法、深度相机及移动终端
JP2002005622A (ja) 複数個の光切断式センサを備えた光学式形状計測装置における配置パラメータの検出方法

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