本發(fā)明涉及傳感器標定，具體涉及一種imu和激光雷達的標定方法、裝置、設備及介質(zhì)。

背景技術：

1、在現(xiàn)代自動駕駛和機器人技術中，激光雷達和imu(inertial?measurement?unit，慣性測量單元)是兩種關鍵傳感器。激光雷達通過發(fā)射激光束并接收反射信號來測量目標的距離，從而生成高精度的三維點云數(shù)據(jù)，能幫助車輛或機器人理解周圍環(huán)境，實現(xiàn)精確的障礙物檢測和地圖構建。imu是一種通過加速度計和陀螺儀來測量物體的加速度和角速度的裝置，imu可以提供動態(tài)變化的高頻數(shù)據(jù)，對于檢測車輛或機器人的運動狀態(tài)至關重要。imu與激光雷達的結合能夠?qū)崿F(xiàn)更為精確的定位和導航，但這也要求兩者之間的高度協(xié)同和標定。激光雷達與imu的外參標定技術旨在解決傳感器之間的誤差和偏差問題，以保證系統(tǒng)的整體精度，外參標定過程指的是確定激光雷達和imu之間的坐標轉換關系。這一過程通常需要復雜的計算和實驗，目前，常用的標定方法是直接通過imu和激光雷達分別采集傳感器數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)的對應關系實現(xiàn)標定，這種方法需要采集大量數(shù)據(jù)才能確定坐標系之間的轉換關系，分析難度大、標定的效率和準確率都不夠高。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種imu和激光雷達的標定方法、裝置、設備及介質(zhì)，以解決imu和激光雷達標定不準確的問題。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種imu和激光雷達的標定方法，所述方法包括：計算imu坐標系到全站儀坐標系的第一轉換矩陣；計算全站儀坐標系到激光雷達坐標系的第二轉換矩陣；通過所述第一轉換矩陣和所述第二轉換矩陣計算imu坐標系到激光雷達坐標系的初始外參；針對當前運動對象，獲取激光雷達掃描的點云數(shù)據(jù)和imu的位姿數(shù)據(jù)；基于所述點云數(shù)據(jù)和所述位姿數(shù)據(jù)對所述初始外參進行優(yōu)化調(diào)整，得到imu坐標系到激光雷達坐標系的目標外參。

3、在一些可選地實施方式中，所述計算imu坐標系到全站儀坐標系的第一轉換矩陣，包括：基于imu模型數(shù)據(jù)確定imu坐標系的原點、x軸和y軸在imu外殼上的參考位置；通過全站儀向imu外殼上的所述參考位置打點，得到imu坐標系的原點、x軸上的點和y軸上的點映射在全站儀坐標系下的絕對坐標，并基于所述絕對坐標在所述全站儀坐標系中構建imu的xoy坐標系；基于imu的z軸和xoy坐標系平面的垂直關系，計算imu的z軸在全站儀坐標系下的z軸方向向量；將xoy坐標系的x軸向量、y軸向量和所述z軸方向向量進行正交化處理，得到imu坐標系在全站儀坐標系中三個坐標軸向量，并通過得到的所述三個坐標軸向量計算所述第一轉換矩陣。

4、在一些可選地實施方式中，所述計算全站儀坐標系到激光雷達坐標系的第二轉換矩陣，包括：放置標定板，并確定所述標定板中的特征點；通過激光雷達掃描所述標定板，得到表示所述特征點的特征點云；基于所述特征點云確定激光雷達坐標系下的第一特征點坐標，并將所述第一特征點坐標放入第一特征點集；通過全站儀對所述特征點進行打點，獲得所述特征點在全站儀坐標系下的第二特征點坐標，并將所述第二特征點坐標放入第二特征點集；保持所述激光雷達和所述全站儀的相對位置不變，移動所述標定板，并返回所述通過激光雷達掃描所述標定板的步驟，增加所述第一特征點集和所述第二特征點集中的數(shù)據(jù)；在所述標定板移動預設次數(shù)后，基于增加了數(shù)據(jù)的所述第一特征點集和所述第二特征點集計算所述第二轉換矩陣。

5、在一些可選地實施方式中，所述獲取激光雷達掃描的點云數(shù)據(jù)和imu的位姿數(shù)據(jù)，包括：同步所述激光雷達和所述imu的時鐘；獲取激光雷達掃描的點云數(shù)據(jù)；通過對imu初始的線加速度、角速度進行積分得到所述位姿數(shù)據(jù)；根據(jù)所述點云數(shù)據(jù)的時間戳對所述位姿數(shù)據(jù)進行插值處理。

6、在一些可選地實施方式中，基于所述點云數(shù)據(jù)和所述位姿數(shù)據(jù)對所述初始外參進行優(yōu)化調(diào)整，得到imu坐標系到激光雷達坐標系的目標外參，包括：計算所述位姿數(shù)據(jù)和所述初始外參的乘積，得到所述點云數(shù)據(jù)中當前幀點云到第一幀點云的第三轉換矩陣；利用所述第三轉換矩陣將所述當前幀點云映射到第一幀中，得到映射點云；根據(jù)所述映射點云和所述第一幀點云之間的誤差，調(diào)整所述初始外參，得到所述目標外參。在一些可選地實施方式中，所述根據(jù)所述映射點云和所述第一幀點云之間的誤差，調(diào)整所述初始外參，得到所述目標外參，包括：對點云空間進行體素網(wǎng)格劃分；基于八叉樹算法將所述第一幀點云和所述映射點云配準到對應的體素網(wǎng)格中；以點云數(shù)據(jù)占用體素網(wǎng)格數(shù)量最少為指標調(diào)整所述初始外參。

7、在一些可選地實施方式中，所述獲取激光雷達掃描的點云數(shù)據(jù)，包括：通過所述初始外參消除所述點云數(shù)據(jù)的畸變，得到去畸變點云數(shù)據(jù)。

8、第二方面，本發(fā)明提供了一種imu和激光雷達的標定裝置，所述裝置包括：第一轉換矩陣計算模塊，用于計算imu坐標系到全站儀坐標系的第一轉換矩陣；第二轉換矩陣計算模塊，用于計算全站儀坐標系到激光雷達坐標系的第二轉換矩陣；外參初始標定模塊，用于通過所述第一轉換矩陣和所述第二轉換矩陣計算imu坐標系到激光雷達坐標系的初始外參；傳感器數(shù)據(jù)獲取模塊，用于針對當前運動對象，獲取激光雷達掃描的點云數(shù)據(jù)和imu的位姿數(shù)據(jù)；外參優(yōu)化模塊，用于基于所述點云數(shù)據(jù)和所述位姿數(shù)據(jù)對所述初始外參進行優(yōu)化調(diào)整，得到imu坐標系到激光雷達坐標系的目標外參。

9、第三方面，本發(fā)明提供了一種計算機設備，包括：存儲器和處理器，存儲器和處理器之間互相通信連接，存儲器中存儲有計算機指令，處理器通過執(zhí)行計算機指令，從而執(zhí)行上述第一方面或其對應的任一實施方式的方法。

10、第四方面，本發(fā)明提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，該計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲有計算機指令，計算機指令用于使計算機執(zhí)行上述第一方面或其對應的任一實施方式的方法。

11、本發(fā)明提供的技術方案，具有如下優(yōu)點：

12、通過全站儀分別計算imu坐標系到全站儀坐標系的第一轉換矩陣以及全站儀坐標系到激光雷達坐標系的第二轉換矩陣。然后利用第一轉換矩陣和第二轉換矩陣粗標定一個較為準確的imu坐標系到激光雷達坐標系的初始外參；然后再通過采集的激光雷達點云數(shù)據(jù)和imu位姿數(shù)據(jù)，對初始外參進行優(yōu)化調(diào)整，精標定得到更加準確的imu坐標系到激光雷達坐標系的目標外參。本發(fā)明通過全站儀來獲得較為準確的imu坐標系到激光雷達坐標系的初始變換關系，為imu和激光雷達的外參標定提供了標定指導方向，后續(xù)只需在初始外參的基礎上進行微調(diào)，無需從開始就利用大量傳感器數(shù)據(jù)進行外參的迭代調(diào)整，加速后續(xù)精標定的迭代收斂時間，之后，再利用少量傳感器數(shù)據(jù)對初始外參進行微調(diào)，同時提高了標定效率和標定精度。

技術特征：

1.一種imu和激光雷達的標定方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述計算imu坐標系到全站儀坐標系的第一轉換矩陣，包括：

3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述計算全站儀坐標系到激光雷達坐標系的第二轉換矩陣，包括：

4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取激光雷達掃描的點云數(shù)據(jù)和imu的位姿數(shù)據(jù)，包括：

5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述點云數(shù)據(jù)和所述位姿數(shù)據(jù)對所述初始外參進行優(yōu)化調(diào)整，得到imu坐標系到激光雷達坐標系的目標外參，包括：

6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述映射點云和所述第一幀點云之間的誤差，調(diào)整所述初始外參，得到所述目標外參，包括：

7.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述獲取激光雷達掃描的點云數(shù)據(jù)，包括：

8.一種imu和激光雷達的標定裝置，其特征在于，所述裝置包括：

9.一種計算機設備，其特征在于，包括：

10.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲有計算機指令，所述計算機指令用于使計算機執(zhí)行權利要求1至7中任一項所述的方法。

技術總結
本發(fā)明涉及傳感器標定技術領域，公開了一種IMU和激光雷達的標定方法、裝置、設備及介質(zhì)，方法包括：計算IMU坐標系到全站儀坐標系的第一轉換矩陣；計算全站儀坐標系到激光雷達坐標系的第二轉換矩陣；通過第一轉換矩陣和第二轉換矩陣計算IMU坐標系到激光雷達坐標系的初始外參；針對當前運動對象，獲取激光雷達掃描的點云數(shù)據(jù)和IMU的位姿數(shù)據(jù)；基于點云數(shù)據(jù)和位姿數(shù)據(jù)對初始外參進行優(yōu)化調(diào)整，得到IMU坐標系到激光雷達坐標系的目標外參。本發(fā)明提高了IMU和激光雷達標定的準確率。

技術研發(fā)人員：吳青琳,許志坤,劉起
受保護的技術使用者：三一重機有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/5