一种基于任意三面体的雷达-相机系统外部参数标定方法

摘要

本发明公开一种基于任意三面体的雷达-相机系统外部参数标定方法。利用自然环境中的三面体场景，仅需两帧数据即求解系统的外部参数。首先利用三面体规定世界坐标系，在雷达系统中对观察到的三面体进行平面拟合，得到各个平面的参数，并求得世界坐标系和雷达坐标系的转换关系以及雷达坐标系下两帧数据间的相对运动；在相机系统中，利用前后两帧提取的匹配特征点求解本质矩阵，然后分解出在相机坐标系下的相对运动，并利用雷达坐标系下的参数对相机坐标系下的平面参数进行求解，最后求解雷达-相机的外部参数，并利用两个坐标系下对应平面上点的共面性进行最终优化。本发明所要求的场景比较简单，兼具抗干扰性强、实验设备简单、灵活性较强的特点。

主权项

1.一种基于任意三面体的雷达-相机系统外部参数标定方法，其特征在于该方法包括以下步骤： （1）利用雷达-相机系统，对存在任意三面体的标定场景采集两帧数据，并根据三面体定义世界坐标系O_w-X_wY_wZ_w，采集的两帧数据间存在相对运动， 且每帧数据中有对应的雷达采集的三维点云和相机采集的彩色图像； （2）求解雷达系统参数：在三维点云中标注三面体三个面上的点，表示为： 其中下标l代表这些点在雷达坐标系O_l-X_lY_lZ_l下，i代表第i帧数据，j代表第j个面，k代表第k个点，每个面上点的个数为同一平面上的点用参数来表示：其中为每个面的法向量，为到坐标系原点的距离；然后根据三面体在雷达两帧数据中点的共面性，对两帧共6个面的进行非线性优化；通过得到两帧数据中世界坐标系到雷达坐标系的旋转矩阵和平移向量i＝1,2，并由此得到雷达-相机系统在雷达坐标系下两帧之间的运动参数，即第一帧相对于第二帧的旋转矩阵和平移向量（3）求解相机系统参数：利用SIFT算法在相机采集的前后两帧图像中三面体三个面的对应区域提取前后帧匹配的特征点，表示为： 其中下标c代表这些点在相机坐标系O_c-X_cY_cZ_c下，i代表第i帧数据，j代表第j个面，k代表第k个特征点，前后两帧对应面的匹配特征点数目相等为根据P_c计算出两帧运动的本质矩阵E，并进一步得到雷达-相机系统在相机坐标系下两帧之间的运动参数其中为相机坐标系下第一帧相对于第二帧的旋转矩阵，为平移向量归一化的结果：利用初始化相机坐标系下的参数，此处为三面体各个平面在相机坐标系下的参数；根据提取的特征点的对应投影关系，对进行优化；通过得到两帧数据中世界坐标系到相机坐标系的转换关系，即旋转矩阵和平移向量i＝1,2；（4）求解外部参数：利用R_wc,T_wc,R_wl，T_wl得到雷达坐标系到相机坐标系的转换关系，即旋转矩阵R_lc和平移向量T_lc；利用雷达坐标系和相机坐标系下三面体上点的共面性，对R_lc,T_lc进行非线性优化，得到优化后的转换关系R_cl,T_lc。