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基于边缘关联点云的激光雷达与相机外参标定方法

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计算机应用研究 2023年第8期40卷 2537-2542页

作者：冯欣李杰余崇圣钱基业何颖重庆理工大学计算机与工程学院重庆400054 中国科学院重庆绿色智能技术研究院重庆400714 重庆知至科技有限公司重庆400025 国网重庆市电力公司电力科学研究院重庆400014

激光雷达的点云和相机的图像经常被融合应用在多个领域。准确的外参标定是融合两者信息的前提。点云特征提取是外参标定的关键步骤。但是点云的低分辨率和低质量会影响标定结果的精度。针对这些问题,提出一种基于边缘关联点云的激光雷... 详细信息

激光雷达的点云和相机的图像经常被融合应用在多个领域。准确的外参标定是融合两者信息的前提。点云特征提取是外参标定的关键步骤。但是点云的低分辨率和低质量会影响标定结果的精度。针对这些问题,提出一种基于边缘关联点云的激光雷达与相机外参标定方法。首先,利用双回波提取标定板边缘关联点云;然后,通过优化方法从边缘关联点云中提取出与实际标定板尺寸大小兼容的标定板角点;最后,将点云中角点和图像中角点匹配。用多点透视方法求解激光雷达与相机之间的外参。实验结果表明,该方法的重投影误差为1.602px,低于同类对比方法,验证了该方法的有效性与准确性。

关键词：特征提取外参标定双回波

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基于垂直约束的激光扫描机构外参标定算法

自动化学报 2021年第5期47卷 1058-1066页

作者：熊峰刘成菊陈启军同济大学电子与信息工程学院控制科学与工程系上海201804

为了解决人造特征点标定法中特征匹配不精确等缺陷,本文针对二轴传动的高精度平面激光扫描机构提出了利用线特征的垂直约束进行外参标定的新算法.不仅如此,在该算法中为了简化建立标定方程的流程,避免计算与标定目标无关的冗余中间量,... 详细信息

为了解决人造特征点标定法中特征匹配不精确等缺陷,本文针对二轴传动的高精度平面激光扫描机构提出了利用线特征的垂直约束进行外参标定的新算法.不仅如此,在该算法中为了简化建立标定方程的流程,避免计算与标定目标无关的冗余中间量,提出了一种快速确定标定方程参数的方法.首先将扫描结果按待标定参数标准值转换至同一坐标系形成点云,再提取其中的线特征;接着根据线特征的垂直约束建立外参方程,并根据线特征的测量值和实际值间的转换计算方程参数;最终,将多次测量得到的方程组求解转化为最优化问题,并得到外参的数值解.在对比实验中,本算法比基于特征点的标定方法表现更好.

关键词：激光扫描点云外参标定最优化

单目相机-3维激光雷达的外参标定及融合里程计研究

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机器人 2021年第1期43卷 17-28页

作者：肖军浩施成浩黄开宏于清华国防科技大学智能科学学院湖南长沙410073 英国林肯大学计算机学院英国林肯LN67TS

针对单目相机与3维激光雷达的融合里程计问题,提出了双阶段外参标定方法和基于混合残差的融合里程计方法.双阶段相机-激光雷达外参标定结合了基于运动和基于互信息2种标定方法.第1阶段为基于运动的外参标定法,在无初值的情况下得到外参... 详细信息

针对单目相机与3维激光雷达的融合里程计问题,提出了双阶段外参标定方法和基于混合残差的融合里程计方法.双阶段相机-激光雷达外参标定结合了基于运动和基于互信息2种标定方法.第1阶段为基于运动的外参标定法,在无初值的情况下得到外参的粗估计.第2阶段为基于互信息的外参标定法,以第1阶段的结果作为初值,利用互信息原理校准激光雷达反射率和相机灰度值,来优化标定结果.为进一步提高标定精度,第2阶段采用了一种针对稀疏激光雷达点云的遮挡点检测方法.所提出的双阶段外参标定方法在无需预设初值的前提下保证了标定结果的精度.在此基础上,提出了一种基于混合残差的相机与激光雷达融合里程计方法.该方法同时利用图像的直接和非直接图像特征计算重投影残差和光度残差.然后将不同类型的残差统一到非线性优化框架下,实现里程计估计.针对激光雷达数据稀疏性带来的深度信息缺失的问题,提出了一种基于颜色信息的深度插值方法,有效补充了特征点数量.最后,基于实物和公共数据集实验,对所提出的外参标定和融合里程计算法的鲁棒性和精度进行了评估.实验结果表明,所提出的外参标定方法可以在没有初值的情况下,给出精确的外参估计;所提出的融合里程计方法在公共数据集上和实物实验中均表现出了良好的估计精度和鲁棒性.

关键词：传感器融合外参标定混合残差里程计相机-激光雷达系统

高鲁棒性两阶段LiDAR-IMU外参在线标定算法

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中国机械工程 2022年

作者：林鑫张捷冯景怡孟杰王书亭华中科技大学能源与动力工程学院驭势科技有限公司基础平台研发部(北京) 华中科技大学机械科学与工程学院

车载激光雷达结合惯性测量单元是无人驾驶领域中主流的多传感器数据融合方案，而传感器外参标定的结果直接影响着融合效果。针对车辆在近似平面运动时，退化的传感器数据难以标定外参的问题，所提出了一种高鲁棒性两阶段LiDAR-IMU外参... 详细信息

车载激光雷达结合惯性测量单元是无人驾驶领域中主流的多传感器数据融合方案，而传感器外参标定的结果直接影响着融合效果。针对车辆在近似平面运动时，退化的传感器数据难以标定外参的问题，所提出了一种高鲁棒性两阶段LiDAR-IMU外参在线标定算法。标定算法包括剔除外点的解析解初值计算和非线性滑窗在线迭代优化两个阶段。第一阶段剔除预数据集中的外点，以滑动窗口的形式多次求解只包含旋转分量的手眼标定模型，并改进解析解筛选的条件，多解加权旋转外参的SVD解析解。第二阶段最小化包含外参的残差函数，以旋转解析解为初值滑动窗口迭代优化六自由度外参，使外参快速收敛，并在退化运动和错误历史约束过大时固定外参，避免外参退化。与原始算法对比，该算法对退化的传感器数据具有鲁棒性，可在无外参初值的情况下实现精准鲁棒的在线标定外参。

关键词： LiDAR-IMU 外参标定外点剔除退化运动固定外参

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悬臂式掘进机视觉位姿检测系统外参标定方法

机械科学与技术 2022年第12期41卷 1928-1935页

作者：张旭辉张楷鑫张超杨文娟杜昱阳谢楠周创西安科技大学机械工程学院西安710054 陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室西安710054

当前巷道掘进过程中高粉尘、低照度等因素严重影响外参标定精度。针对以平行激光线为特征的悬臂式掘进机位姿检测系统外参标定难题,提出一种基于数字全站仪的系统外参标定方法,详细分析系统外参标定误差对测量系统的影响。通过建立视觉... 详细信息

当前巷道掘进过程中高粉尘、低照度等因素严重影响外参标定精度。针对以平行激光线为特征的悬臂式掘进机位姿检测系统外参标定难题,提出一种基于数字全站仪的系统外参标定方法,详细分析系统外参标定误差对测量系统的影响。通过建立视觉位姿测量系统中各模块之间的坐标转换关系,对系统外参标定原理进行数学建模,利用全站仪位姿检测方法得到全站仪系统外参标定结果下机身相对于巷道的位姿,对普通外参标定结果得到的机身相对于巷道位姿进行精度评价。实验结果表明:悬臂式掘进机全站仪系统外参标定方法位置测量误差在±3 mm内,姿态角角度测量误差在0.08°内;利用全站仪系统外参标定方法得到精度结果:x、y和z方向的位置平均误差分别提高了13.073 mm、21.511 mm和18.159 mm,偏航角、俯仰角和姿态角的角度平均误差分别提高了0.225°、0.246°和0.246°。

关键词：视觉测量外参标定误差分析数字全站仪悬臂式掘进机

高鲁棒性Camera-IMU外参在线标定算法

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激光与光电子学进展 2023年

作者：茆子念周志峰沈亦纯王立端上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海卫星工程研究所上海司南卫星导航技术股份有限公司

针对影像实时动态测量设备中相机和惯性测量单元（inertial measurement unit,IMU）相对位置发生变化，需要重新进行外参标定的问题，本文提出了一种Camera-IMU外参在线标定方法，在机械构型未知的情况下自动估计初始值和外参数。首先... 详细信息

针对影像实时动态测量设备中相机和惯性测量单元（inertial measurement unit,IMU）相对位置发生变化，需要重新进行外参标定的问题，本文提出了一种Camera-IMU外参在线标定方法，在机械构型未知的情况下自动估计初始值和外参数。首先使用全球卫星导航时间对齐IMU和相机的时间戳，通过奇异值分解求解旋转量的超定线性方程，改变阈值判定条件和加权方式，减少方程中的退化运动，剔除外点，提高系统鲁棒性与外参精度，获得恒定的Camera-IMU旋转外参。然后基于获得的Camera-IMU旋转外参，固定滑动窗口，利用高斯牛顿法估计Camera-IMU的外参平移量。最后旋转外参标定精度相较于原有在线标定方法提高了15%、平移外参的精度提高了35%，实验结果表明了本文方法的有效性。

关键词：相机-惯性测量单元外参标定初始化 IMU预积分

利用双回波的固态激光雷达与相机外参标定方法

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重庆理工大学学报（自然科学） 2023年第11期37卷 196-204页

固态激光雷达和相机因产生的信息具有很强的互补性,被组合应用在多个领域。为了准确融合2种传感器的信息,提出一种利用双回波的固态激光雷达与相机外参标定方法。首先,利用双回波将含噪声的边缘点云从原始标定板点云中去除,得到内点云... 详细信息

固态激光雷达和相机因产生的信息具有很强的互补性,被组合应用在多个领域。为了准确融合2种传感器的信息,提出一种利用双回波的固态激光雷达与相机外参标定方法。首先,利用双回波将含噪声的边缘点云从原始标定板点云中去除,得到内点云。然后,基于内点云获取与标定板真实尺寸一致的角点特征。最后,建立点云中角点与图像中角点对应的约束条件,通过多点透视方法优化求解外参。实验结果表明,该方法的重投影误差和数据融合效果比现有方法更优,验证了有效性与准确性。

关键词：固态激光雷达相机双回波外参标定特征提取

融合多种棋盘格约束的面阵相机和线激光外参标定

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武汉大学学报（信息科学版） 2019年第10期44卷 1524-1529,1537页

作者：祝飞范佳黄玉春刘洋洋武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430079 北京洛斯达数字遥感技术有限公司湖北武汉430079

面阵相机和线激光扫描仪的组合在移动测量、自动驾驶、机器人等领域中得到了广泛应用。影像纹理和激光深度数据融合的首要问题是两种传感器的外参标定。对此,提出了一种融合多种约束条件的相机和线激光外参标定算法。该算法建立激光扫... 详细信息

面阵相机和线激光扫描仪的组合在移动测量、自动驾驶、机器人等领域中得到了广泛应用。影像纹理和激光深度数据融合的首要问题是两种传感器的外参标定。对此,提出了一种融合多种约束条件的相机和线激光外参标定算法。该算法建立激光扫描线与V型棋盘平面间的点-面、线-面、点-线等多种约束求解和优化激光与相机间的外参,减少了激光点和像点噪声对结果的影响。实验结果表明,该算法相较于之前的算法有更高的精度和鲁棒性。并通过计算激光交点到V型棋盘面交线的距离,提出了定量评价激光与相机外参精度的标准。

关键词：面阵相机线激光扫描仪外参标定 V型棋盘几何约束非线性优化

单目相机-IMU外参自动标定与在线估计的视觉-惯导SLAM

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仪器仪表学报 2019年第6期40卷 56-67页

作者：潘林豪田福庆应文健梁伟阁佘博海军工程大学

针对视觉-惯导信息融合同时定位与地图构建(VI-SLAM)中,单目相机-惯性测量单元(IMU)外参离线标定繁琐的问题,以及单目相机-IMU外参因传感器受到冲击或调整发生变化影响系统跟踪精度的问题,提出一种单目相机-IMU外参自动标定与在线估计的... 详细信息

针对视觉-惯导信息融合同时定位与地图构建(VI-SLAM)中,单目相机-惯性测量单元(IMU)外参离线标定繁琐的问题,以及单目相机-IMU外参因传感器受到冲击或调整发生变化影响系统跟踪精度的问题,提出一种单目相机-IMU外参自动标定与在线估计的VI-SLAM算法。该算法首先利用手眼标定方法计算单目相机-IMU外参旋转矩阵并估计陀螺仪零偏;接着,在不考虑加速度计零偏的情况下估计系统的尺度、重力加速度以及单目相机-IMU外参平移向量;然后,利用已知的重力加速度大小估计加速度计零偏并更新以上已估计的初始化参数;最后,将单目相机-IMU外参放入状态向量中进行在线估计。EuRo C数据集实验表明,该VI-SLAM算法可以自动标定并在线估计单目相机-IMU外参,得到的旋转与平移外参误差分别在0. 5°和0. 02 m之内,这有利于VI-SLAM系统的快速使用以及精度的提升。

关键词：同时定位与地图构建传感器融合初始化外参标定状态估计