一种外参标定装置的制作方法

一种外参标定装置
1.本技术是申请号为201980002761.1的中国申请的分案申请，前述内容通过引用的方式引用在本技术文件中。
技术领域
2.本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种外参标定装置。


背景技术：

3.激光雷达(light detection and ranging，lidar)是一种光学遥感技术，它通过向目标照射一束脉冲激光来测量目标的距离等参数。激光雷达获得的三维测量点的集合因为数据量大并且比较密集，可以称作点云(piont cloud)。点云配准是给定两个来自不同坐标系的三维数据点集，找到两个点集空间的变换关系，使得两个点集能统一到同一坐标系统中。外参标定用于确定多个传感器坐标系间的旋转和平移关系，目的是把多个传感器数据在统一的坐标系下表示。
4.点云配准算法的前提是两个点云有重合部，如一个物体被两个激光雷达共同照射到的部分。在无人驾驶应用中，存在多个雷达间点云重合部分少或者完全没有重合部分的情况。例如一个激光雷达装在车头前方，一个雷达安装在车尾，由于车身的遮挡，两个雷达完全没有重合区域。这种情况下通用的配准无法直接使用。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种外参标定方法、装置、计算设备以及计算机存储介质。
6.根据本发明的一个方面，提供了一种外参标定方法，包括：至少采集移动或旋转的第一激光雷达的第一点云序列以及第二激光雷达的第二点云序列，其中所述第一点云序列位于所述第一激光雷达的机体坐标系，所述第二点云序列位于所述第二激光雷达的机体坐标系；根据所述第一点云序列和所述第二点云序列分别获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图以及所述第二激光雷达的第二点云地图；应用点云配准算法计算所述第二点云地图变换至所述第一点云地图的变换关系，获得标定结果。
7.可选的，移动或旋转的所述第一激光雷达以及所述第二激光雷达位于具有结构化特征物的场地中。
8.可选的，所述根据所述第一点云序列获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图，包括：应用同时定位与制图算法，计算所述第一点云序列中相邻点云的变换关系；根据相邻点云的变换关系将所述第一点云序列变换至所述预设时刻的所述第一激光雷达的机体坐标系，形成新的所述第一点云序列；将新的所述第一点云序列合并，得到基于所述预设时刻的所述第一激光雷达的机体坐标系的所述第一点云地图；所述根据所述第二点云序列获得预设时刻的所述第二激光雷达的第二点云地图，包括：应用同时定位与制图算法，计算所述第二点云序列中相邻点云的变换关系；根据相邻点云的变换关系将所述第二点云
序列变换至所述预设时刻的所述第二激光雷达的机体坐标系，形成新的所述第二点云序列；将新的所述第二点云序列合并，得到基于所述预设时刻的所述第二激光雷达的机体坐标系的所述第二点云地图，其中所述第二点云地图与所述第一点云地图部分重叠。
9.可选的，所述应用同时定位与制图算法，计算所述第一点云序列中相邻点云的变换关系，包括：遍历所述第一点云序列，应用点云配准算法计算所述第一点云序列中任一相邻点云的变换关系；使用通用图优化算法优化所述第一点云序列中任一相邻点云的变换关系；所述应用同时定位与制图算法，计算所述第二点云序列中相邻点云的变换关系，包括：遍历所述第二点云序列，应用点云配准算法计算所述第二点云序列中任一相邻点云的变换关系；使用通用图优化算法优化所述第二点云序列中任一相邻点云的变换关系。
10.可选的，所述新的所述第一点云序列满足以下关系式：
11.pi′
＝t1t2…
tipi，
12.其中，pi′
为新的所述第一点云序列中第i个点云的坐标，i为正整数，pi为所述第一点云序列中第i个点云的坐标，ti为所述第一点云序列中相邻点云p
i-1
和pi的变换关系，ti＝f(p
i-1
,pi)；
13.所述新的所述第二点云序列满足以下关系式：
14.pj′
＝t1t2…
tjpj，
15.其中，pj′
为新的所述第二点云序列中第j个点云的坐标，j为正整数，pj为所述第二点云序列中第j个点云的坐标，tj为所述第二点云序列中相邻点云p
j-1
和pj的变换关系，tj＝f(p
j-1
,pj)。
16.可选的，所述应用点云配准算法计算所述第二点云地图变换至所述第一点云地图的变换关系，获得标定结果之前，包括：分别对所述第一点云地图和所述第二点云地图进行滤波操作。
17.可选的，所述点云配准算法包括迭代最近点算法或正态分布变换算法。
18.根据本发明的另一个方面，提供了一种外参标定装置，所述外参标定装置包括：数据采集单元，用于至少采集移动或旋转的第一激光雷达的第一点云序列以及第二激光雷达的第二点云序列，其中所述第一点云序列位于所述第一激光雷达的机体坐标系，所述第二点云序列位于所述第二激光雷达的机体坐标系；第一配准单元，根据所述第一点云序列和所述第二点云序列分别获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图以及所述第二激光雷达的第二点云地图；标定单元，用于应用点云配准算法计算所述第二点云地图变换至所述第一点云地图的变换关系，获得标定结果。
19.根据本发明的另一个方面，提供了一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行前述的外参标定方法的步骤。
20.根据本发明的另一个方面，提供了一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行前述外参标定方法的步骤。
21.在本发明的实施例中，外参标定方法包括：至少采集移动或旋转的第一激光雷达的第一点云序列以及第二激光雷达的第二点云序列，其中所述第一点云序列位于所述第一激光雷达的机体坐标系，所述第二点云序列位于所述第二激光雷达的机体坐标系；根据所
述第一点云序列和所述第二点云序列分别获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图以及所述第二激光雷达的第二点云地图；应用点云配准算法计算所述第二点云地图变换至所述第一点云地图的变换关系，获得标定结果。因此，通过装载激光雷达的载体的移动或旋转，扩大单个激光雷达的视场，将不同时刻不同坐标系的点云变换到同一个坐标系下，进行多个激光雷达的时间配准，使用相同时刻的各自机体坐标下表示的点云地图，计算点云地图间的相对坐标变换关系，实现激光雷达外参标定，使重叠区域不足的多激光雷达能够使用通用点云配准算法进行外参标定。
附图说明
22.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
23.图1示出了根据本发明实施例一种外参标定方法的流程示意图；
24.图2示出了根据本发明实施例另一种外参标定方法的流程示意图；
25.图3示出了根据本发明实施例一种外参标定方法的标定前的点云示意图；
26.图4示出了根据本发明实施例一种外参标定方法的两个激光雷达标定后的点云示意图；
27.图5示出了根据本发明实施例一种外参标定方法的三个激光雷达标定后的点云示意图；
28.图6示出了根据本发明实施例又一种外参标定装置的结构示意图；
29.图7示出了根据本发明实施例一种计算设备的结构示意图。
具体实施方式
30.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
31.图1示出了根据本发明实施例一种外参标定方法的流程示意图。如图1所示，该外参标定方法包括：
32.步骤s11：至少采集移动或旋转的第一激光雷达的第一点云序列以及第二激光雷达的第二点云序列，其中所述第一点云序列位于所述第一激光雷达的机体坐标系，所述第二点云序列位于所述第二激光雷达的机体坐标系。
33.在步骤s11中，移动或旋转的所述第一激光雷达以及所述第二激光雷达位于具有结构化特征物的场地中。在本发明实施例中，选择包括丰富的结构化特征物的场地；使至少载有所述第一激光雷达和所述第二激光雷达的载体在所述场地上移动或旋转；同时采集所述第一激光雷达的所述第一点云序列和所述第二激光雷达的所述第二点云序列。以两个激光雷达为例，选择一个富含墙面、杆状物的场地，载有第一激光雷达和第二激光雷达的载体以5km/h的速度，匀速直线前进10米，然后按照“8”字行驶，同时采集两个激光雷达的点云序列。第一点云序列位于第一激光雷达的机体坐标系，优选地，第一激光雷达的机体坐标系可
以是以第一激光雷达中心为原点的坐标系，第一点云序列表示为l1＝{p0，p1,
…
pn}，n为正整数。所述第二点云序列位于所述第二激光雷达的机体坐标系，优选地，第二激光雷达的机体坐标系可以是以第二激光雷达中心为原点的坐标系，第二点云序列表示为l2＝{p0，p1,
…
pm}，m为正整数。
34.选择包括丰富的结构化特征物，如墙面、杆状物，的场地后续容易实现制图。在本发明实施例中，也可以是多个激光雷达刚性安装在一载体上，该载体低速匀速行驶，运动轨迹包括直线、或曲线，同时采集各激光雷达的点云序列。
35.步骤s12：根据所述第一点云序列和所述第二点云序列分别获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图以及所述第二激光雷达的第二点云地图。
36.其中，预设时刻可以是第一点云序列和第二点云序列的初始时刻，也可以是选定的第一点云序列和第二点云序列采集过程的其他任一时刻，在此不作限制。
37.以下将第一点云序列和第二点云序列分别进行说明，在本发明实施例中，对于第一点云序列，如图2所示，步骤s12包括：
38.步骤s121：应用同时定位与制图算法，计算所述第一点云序列中相邻点云的变换关系。
39.具体地，遍历所述第一点云序列，应用点云配准算法计算所述第一点云序列中任一相邻点云的变换关系；使用通用图优化算法优化所述第一点云序列中任一相邻点云的变换关系。相邻点云的变换关系可以是相邻点云的简单的坐标变换关系，也可以是其他变换关系，如还经过缩放等处理。对于第一点云序列l1，从1到n，使用点云同时定位与制图(simultaneous localization and mapping，slam)算法，例如先使用正态分布变换(normal distributions transform，ndt)算法或迭代最近点(iterative closest point，icp)算法，再使用通用图优化算法(general graph optimization，g2o)做优化，计算得到第一点云序列l1中相邻点云的坐标变换关系ti＝f(p
i-1
，pi)，其中，p
i-1
为第一点云序列中第i-1个点云的坐标，pi为第一点云序列中第i个点云的坐标，ti为第一点云序列中相邻点云p
i-1
和pi的变换关系。
40.步骤s122：根据相邻点云的坐标变换关系将所述第一点云序列变换至所述预设时刻的所述第一激光雷达的机体坐标系，形成新的所述第一点云序列。
41.在本发明实施例中，新的所述第一点云序列满足以下关系式：
42.pi′
＝t1t2…
tipi，
43.其中，pi′
为新的所述第一点云序列中第i个点云的坐标，i为正整数，pi为所述第一点云序列中第i个点云的坐标，ti为所述第一点云序列中相邻点云p
i-1
和pi的变换关系，ti＝f(p
i-1
,pi)。
44.如图3所示，得到标定前的新的第一点云序列表示为l'1＝{p'0，p'1,
…
p'n}，新的第二点云序列表示为l'2＝{p'0，p'1,
…
p'm}。
45.在本发明实施例中，优选地，选择起始时刻，将第一点云序列和第二点云序列变换至起始时刻的对应激光雷达的机体坐标系。即将第一点云序列变换至起始时刻的第一激光雷达的机体坐标系，将第二点云序列变换至起始时刻的第二激光雷达的机体坐标系。
46.步骤s123：将新的所述第一点云序列合并，得到基于所述预设时刻的所述第一激光雷达的机体坐标系的所述第一点云地图。
47.对于第二点云序列，应用同时定位与制图算法，计算所述第二点云序列中相邻点云的变换关系。具体地，遍历所述第二点云序列，应用点云配准算法计算所述第二点云序列中任一相邻点云的变换关系；使用通用图优化算法优化所述第二点云序列中任一相邻点云的变换关系。对于第二点云序列l2，从1到m，使用slam算法计算得到第一点云序列l2中相邻点云的坐标变换关系tj＝f(p
j-1
，pj)，其中，p
j-1
为第一点云序列中第j-1个点云的坐标，pj为第一点云序列中第j个点云的坐标，tj为第一点云序列中相邻点云p
j-1
和pj的变换关系。
48.然后根据相邻点云的变换关系将所述第二点云序列变换至所述预设时刻的所述第二激光雷达的机体坐标系，形成新的所述第二点云序列；进而将新的所述第二点云序列合并，得到基于所述预设时刻的所述第二激光雷达的机体坐标系的所述第二点云地图，其中所述第二点云地图与所述第一点云地图部分重叠。其中，新的所述第二点云序列满足以下关系式：
49.pj′
＝t1t2…
tjpj，
50.其中，pj′
为新的所述第二点云序列中第j个点云的坐标，j为正整数，pj为所述第二点云序列中第j个点云的坐标，tj为所述第二点云序列中相邻点云p
j-1
和pj的变换关系，tj＝f(p
j-1
,pj)。得到标定前的新的第二点云序列表示为l'2＝{p'0，p'1,
…
p'm}。标定前的新的第一点云序列l'1中的单帧点云以及标定前的新的第二点云序列l'2中的单帧点云如图3所示。
51.在本发明实施例中，第一点云地图和第二点云地图分别基于相同预设时刻的不同机体坐标系。将标定前的新的所述第一点云序列中n个点云合并得到标定前的基于前面选择的预设时刻的第一激光雷达的机体坐标系的第一点云地图m1，第一点云地图m1相当于第一点云序列中n个点云的叠加，其形状与图3中的l'1相似，但是点更加密集。对应地，将新的所述第二点云序列中m个点云合并得到标定前的基于前面选择的预设时刻的第二激光雷达的机体坐标系的第二点云地图m2。第二点云地图m2相当于第二点云序列中m个点云的叠加，其形状与图3中的l'2相似，但是点更加密集。第一点云地图m1和第二点云地图m2部分重叠。
52.步骤s13：应用点云配准算法计算所述第二点云地图变换至所述第一点云地图的变换关系，获得标定结果。
53.具体地，应用点云配准算法计算第二点云地图m2变换至第一点云地图m1的变换关系，亦即变换矩阵t＝f(m1,m2)，变换矩阵t即为最终的标定矩阵。其中，点云配准算法包括迭代最近点算法(i cp)或正态分布变换算法(ndt)，在本发明其他实施例中，也可以应用其他的点云配准算法，在此不作限制。在本发明实施例中，也可以计算第一点云地图m1变换至第二点云地图m2的变换关系。根据标定结果对第二点云地图m2和第一点云地图m1进行标定得到标定后的点云地图，标定过程就相当于将第一点云地图m1和第二点云地图m2变换至同一坐标系下，如此经过对第一点云地图m1和第二点云地图m2标定后得到的标定后的点云地图相当于将第一点云地图m1或第二点云地图m2相对于另一个偏移一定的距离和/或旋转一定的角度使两者尽量重叠。
54.为加速计算，在步骤s13之前，分别对得到的所述第一点云地图和所述第二点云地图进行滤波操作。具体地，分别对第一点云地图和第二点云地图进行抽稀、去噪、特征点提取等滤波操作，以减少数据量，并提高数据质量，方便后续进行标定。其中，抽稀算法包括网格下采样算法，如八叉树网格抽稀算法。
55.在本发明实施例中，得到第二点云地图m2相对第一点云地图m1的标定结构，即标定
矩阵t后，可以直接应用该标定矩阵t对第二激光雷达的第二点云序列l2和第一激光雷达的第一点云序列l1进行标定，图4为对第二激光雷达的第二点云序列l2和第一激光雷达的第一点云序列l1标定后的点云。
56.需要说明的是，有多个激光雷达时，可以先分别获取各激光雷达的点云序列相对其中一个激光雷达的点云序列的标定矩阵，然后各标定矩阵进行标定。如对于三个激光雷达的点云序列l1、l2、l3，先分别获取第二激光雷达的点云序列l2相对第一激光雷达的点云序列l1的标定矩阵以及第三激光雷达的点云序列l3相对第一激光雷达的点云序列l1的标定矩阵，后对该三个激光雷达的点云序列进行标定，获取标定后的点云。也可以先获取任两个激光雷达的点云序列的标定矩阵，然后各标定矩阵进行标定。如对于三个激光雷达的点云序列l1、l2、l3，先分别获取第二激光雷达的点云序列l2相对第一激光雷达的点云序列l1的标定矩阵以及第三激光雷达的点云序列l3相对第二激光雷达的点云序列l2的标定矩阵，然后根据该两个标定矩阵对此三个激光雷达的点云序列进行标定，获取标定后的点云。此两种方法最终获取的标定后的点云相同。图5为对三个激光雷达的点云序列l1、l2、l3标定后的点云。
57.在本发明的实施例中，外参标定方法包括：至少采集移动或旋转的第一激光雷达的第一点云序列以及第二激光雷达的第二点云序列，其中所述第一点云序列位于所述第一激光雷达的机体坐标系，所述第二点云序列位于所述第二激光雷达的机体坐标系；根据所述第一点云序列和所述第二点云序列分别获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图以及所述第二激光雷达的第二点云地图；应用点云配准算法计算所述第二点云地图变换至所述第一点云地图的变换关系，获得标定结果。因此，通过装载激光雷达的载体的移动或旋转，扩大单个激光雷达的视场，将不同时刻不同坐标系的点云变换到同一个坐标系下，进行多个激光雷达的时间配准，使用相同时刻的各自机体坐标下表示的点云地图，计算点云地图间的相对坐标变换关系，实现激光雷达外参标定，使重叠区域不足的多激光雷达能够使用通过点云配准算法进行外参标定。
58.图6示出了本发明实施例的外参标定装置的结构示意图。如图6所示，该外参标定装置包括：数据采集单元601、配准单元602以及标定单元603。
59.其中：
60.数据采集单元601用于至少采集移动或旋转的第一激光雷达的第一点云序列以及第二激光雷达的第二点云序列，其中所述第一点云序列位于所述第一激光雷达的机体坐标系，所述第二点云序列位于所述第二激光雷达的机体坐标系；配准单元602用于根据所述第一点云序列和所述第二点云序列分别获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图以及所述第二激光雷达的第二点云地图；标定单元603用于应用点云配准算法计算所述第二点云地图变换至所述第一点云地图的变换关系，获得标定结果。
61.在一种可选的方式中，移动或旋转的所述第一激光雷达以及所述第二激光雷达位于具有结构化特征物的场地中。
62.在一种可选的方式中，配准单元602用于：应用同时定位与制图算法，分别计算所述第一点云序列中相邻点云的变换关系；选择预设时刻，根据相邻点云的坐标变换关系分别将所述第一点云序列变换至所述预设时刻的所述第一激光雷达的机体坐标系，形成新的所述第一点云序列；将新的所述第一点云序列合并，得到基于所述预设时刻的所述第一激
光雷达的机体坐标系的所述第一点云地图；应用同时定位与制图算法，计算所述第二点云序列中相邻点云的变换关系；根据相邻点云的变换关系将所述第二点云序列变换至所述预设时刻的所述第二激光雷达的机体坐标系，形成新的所述第二点云序列；将新的所述第二点云序列合并，得到基于所述预设时刻的所述第二激光雷达的机体坐标系的所述第二点云地图，其中所述第二点云地图与所述第一点云地图部分重叠。
63.在一种可选的方式中，配准单元602还用于：遍历所述第一点云序列，应用点云配准算法计算所述第一点云序列中任一相邻点云的变换关系；使用通用图优化算法优化所述第一点云序列中任一相邻点云的变换关系；遍历所述第二点云序列，应用点云配准算法计算所述第二点云序列中任一相邻点云的变换关系；使用通用图优化算法优化所述第二点云序列中任一相邻点云的变换关系。
64.在一种可选的方式中，所述新的所述第一点云序列满足以下关系式：
65.pi′
＝t1t2…
tipi，
66.其中，pi′
为新的所述第一点云序列中第i个点云的坐标，i为正整数，pi为所述第一点云序列中第i个点云的坐标，ti为所述第一点云序列中相邻点云p
i-1
和pi的变换关系，ti＝f(p
i-1
,pi)；
67.所述新的所述第二点云序列满足以下关系式：
68.pj′
＝t1t2…
tjpj，
69.其中，pj′
为新的所述第二点云序列中第j个点云的坐标，j为正整数，pj为所述第二点云序列中第j个点云的坐标，tj为所述第二点云序列中相邻点云p
j-1
和pj的变换关系，tj＝f(p
j-1
,pj)。
70.在一种可选的方式中，配准单元602还用于：分别对所述第一点云地图和所述第二点云地图进行滤波操作。
71.在一种可选的方式中，所述点云配准算法包括迭代最近点算法或正态分布变换算法。
72.在本发明的实施例中，外参标定方法包括：至少采集移动或旋转的第一激光雷达的第一点云序列以及第二激光雷达的第二点云序列，其中所述第一点云序列位于所述第一激光雷达的机体坐标系，所述第二点云序列位于所述第二激光雷达的机体坐标系；根据所述第一点云序列和所述第二点云序列分别获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图以及所述第二激光雷达的第二点云地图；应用点云配准算法计算所述第二点云地图变换至所述第一点云地图的变换关系，获得标定结果。因此，通过装载激光雷达的载体的移动或旋转，扩大单个激光雷达的视场，将不同时刻不同坐标系的点云变换到同一个坐标系下，进行多个激光雷达的时间配准，使用相同时刻的各自机体坐标下表示的点云地图，计算点云地图间的相对坐标变换关系，实现激光雷达外参标定，使重叠区域不足的多激光雷达能够使用通用点云配准算法进行外参标定。
73.本发明实施例提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有至少一可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的外参标定方法。
74.可执行指令具体可以用于使得处理器执行以下操作：
75.至少采集移动或旋转的第一激光雷达的第一点云序列以及第二激光雷达的第二点云序列，其中所述第一点云序列位于所述第一激光雷达的机体坐标系，所述第二点云序
列位于所述第二激光雷达的机体坐标系；
76.根据所述第一点云序列和所述第二点云序列分别获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图以及所述第二激光雷达的第二点云地图；
77.应用点云配准算法计算所述第二点云地图变换至所述第一点云地图的变换关系，获得标定结果。
78.在一种可选的方式中，移动或旋转的所述第一激光雷达以及所述第二激光雷达位于具有结构化特征物的场地中。
79.在一种可选的方式中，可执行指令具体可以用于使得处理器执行以下操作：
80.应用同时定位与制图算法，计算所述第一点云序列中相邻点云的变换关系；
81.根据相邻点云的坐标变换关系将所述第一点云序列变换至所述预设时刻的所述第一激光雷达的机体坐标系，形成新的所述第一点云序列；
82.将新的所述第一点云序列合并，得到基于所述预设时刻的所述第一激光雷达的机体坐标系的所述第一点云地图；
83.应用同时定位与制图算法，计算所述第二点云序列中相邻点云的变换关系；
84.根据相邻点云的变换关系将所述第二点云序列变换至所述预设时刻的所述第二激光雷达的机体坐标系，形成新的所述第二点云序列；
85.将新的所述第二点云序列合并，得到基于所述预设时刻的所述第二激光雷达的机体坐标系的所述第二点云地图，其中所述第二点云地图与所述第一点云地图部分重叠。
86.在一种可选的方式中，可执行指令具体可以用于使得处理器执行以下操作：
87.遍历所述第一点云序列，应用点云配准算法计算所述第一点云序列中任一相邻点云的变换关系；
88.使用通用图优化算法优化所述第一点云序列和所述第二点云序列中任一相邻点云的变换关系；
89.遍历所述第二点云序列，应用点云配准算法计算所述第二点云序列中任一相邻点云的变换关系；
90.使用通用图优化算法优化所述第二点云序列中任一相邻点云的变换关系。
91.在一种可选的方式中，所述新的所述第一点云序列满足以下关系式：
92.pi′
＝t1t2…
tipi，
93.其中，pi′
为新的所述第一点云序列中第i个点云的坐标，i为正整数，pi为所述第一点云序列中第i个点云的坐标，ti为所述第一点云序列中相邻点云p
i-1
和pi的变换关系，ti＝f(p
i-1
,pi)；
94.所述新的所述第二点云序列满足以下关系式：
95.pj′
＝t1t2…
tjpj，
96.其中，pj′
为新的所述第二点云序列中第j个点云的坐标，j为正整数，pj为所述第二点云序列中第j个点云的坐标，tj为所述第二点云序列中相邻点云p
j-1
和pj的变换关系，tj＝f(p
j-1
,pj)。
97.在一种可选的方式中，可执行指令具体可以用于使得处理器执行以下操作：
98.分别对所述第一点云地图和所述第二点云地图进行滤波操作。
99.在一种可选的方式中，所述点云配准算法包括迭代最近点算法或正态分布变换算
法。
100.在本发明的实施例中，外参标定方法包括：至少采集移动或旋转的第一激光雷达的第一点云序列以及第二激光雷达的第二点云序列，其中所述第一点云序列位于所述第一激光雷达的机体坐标系，所述第二点云序列位于所述第二激光雷达的机体坐标系；根据所述第一点云序列和所述第二点云序列分别获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图以及所述第二激光雷达的第二点云地图；应用点云配准算法计算所述第二点云地图变换至所述第一点云地图的变换关系，获得标定结果。因此，通过装载激光雷达的载体的移动或旋转，扩大单个激光雷达的视场，将不同时刻不同坐标系的点云变换到同一个坐标系下，进行多个激光雷达的时间配准，使用相同时刻的各自机体坐标下表示的点云地图，计算点云地图间的相对坐标变换关系，实现激光雷达外参标定，使重叠区域不足的多激光雷达能够使用通用点云配准算法进行外参标定。
101.本发明实施例提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行上述任意方法实施例中的外参标定方法。
102.可执行指令具体可以用于使得处理器执行以下操作：
103.至少采集移动或旋转的第一激光雷达的第一点云序列以及第二激光雷达的第二点云序列，其中所述第一点云序列位于所述第一激光雷达的机体坐标系，所述第二点云序列位于所述第二激光雷达的机体坐标系；
104.根据所述第一点云序列和所述第二点云序列分别获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图以及所述第二激光雷达的第二点云地图；
105.应用点云配准算法计算所述第二点云地图变换至所述第一点云地图的变换关系，获得标定结果。
106.在一种可选的方式中，移动或旋转的所述第一激光雷达以及所述第二激光雷达位于具有结构化特征物的场地中。
107.在一种可选的方式中，可执行指令具体可以用于使得处理器执行以下操作：
108.应用同时定位与制图算法，计算所述第一点云序列中相邻点云的变换关系；
109.根据相邻点云的坐标变换关系将所述第一点云序列变换至所述预设时刻的所述第一激光雷达的机体坐标系，形成新的所述第一点云序列；
110.将新的所述第一点云序列合并，得到基于所述预设时刻的所述第一激光雷达的机体坐标系的所述第一点云地图；
111.应用同时定位与制图算法，计算所述第二点云序列中相邻点云的变换关系；
112.根据相邻点云的变换关系将所述第二点云序列变换至所述预设时刻的所述第二激光雷达的机体坐标系，形成新的所述第二点云序列；
113.将新的所述第二点云序列合并，得到基于所述预设时刻的所述第二激光雷达的机体坐标系的所述第二点云地图，其中所述第二点云地图与所述第一点云地图部分重叠。
114.在一种可选的方式中，可执行指令具体可以用于使得处理器执行以下操作：
115.遍历所述第一点云序列，应用点云配准算法计算所述第一点云序列中任一相邻点云的变换关系；
116.使用通用图优化算法优化所述第一点云序列中任一相邻点云的变换关系；
117.遍历所述第二点云序列，应用点云配准算法计算所述第二点云序列中任一相邻点云的变换关系；
118.使用通用图优化算法优化所述第二点云序列中任一相邻点云的变换关系。
119.在一种可选的方式中，所述新的所述第一点云序列满足以下关系式：
120.pi′
＝t1t2…
tipi，
121.其中，pi′
为新的所述第一点云序列中第i个点云的坐标，i为正整数，pi为所述第一点云序列中第i个点云的坐标，ti为所述第一点云序列中相邻点云p
i-1
和pi的变换关系，ti＝f(p
i-1
,pi)；
122.所述新的所述第二点云序列满足以下关系式：
123.pj′
＝t1t2…
tjpj，
124.其中，pj′
为新的所述第二点云序列中第j个点云的坐标，j为正整数，pj为所述第二点云序列中第j个点云的坐标，tj为所述第二点云序列中相邻点云p
j-1
和pj的变换关系，tj＝f(p
j-1
,pj)。
125.在一种可选的方式中，可执行指令具体可以用于使得处理器执行以下操作：
126.分别对所述第一点云地图和所述第二点云地图进行滤波操作。
127.在一种可选的方式中，所述点云配准算法包括迭代最近点算法或正态分布变换算法。
128.在本发明的实施例中，外参标定方法包括：至少采集移动或旋转的第一激光雷达的第一点云序列以及第二激光雷达的第二点云序列，其中所述第一点云序列位于所述第一激光雷达的机体坐标系，所述第二点云序列位于所述第二激光雷达的机体坐标系；根据所述第一点云序列和所述第二点云序列分别获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图以及所述第二激光雷达的第二点云地图；应用点云配准算法计算所述第二点云地图变换至所述第一点云地图的变换关系，获得标定结果。因此，通过装载激光雷达的载体的移动或旋转，扩大单个激光雷达的视场，将不同时刻不同坐标系的点云变换到同一个坐标系下，进行多个激光雷达的时间配准，使用相同时刻的各自机体坐标下表示的点云地图，计算点云地图间的相对坐标变换关系，实现激光雷达外参标定，使重叠区域不足的多激光雷达能够使用通用点云配准算法进行外参标定。
129.图7示出了本发明设备实施例的结构示意图，本发明具体实施例并不对设备的具体实现做限定。
130.如图7所示，该设备可以包括：处理器(processor)702、通信接口(communications interface)704、存储器(memory)706、以及通信总线708。
131.其中：处理器702、通信接口704、以及存储器706通过通信总线708完成相互间的通信。通信接口704，用于与其它设备比如客户端或其它服务器等的网元通信。处理器702，用于执行程序710，具体可以执行上述外参标定方法实施例中的相关步骤。
132.具体地，程序710可以包括程序代码，该程序代码包括计算机操作指令。
133.处理器702可能是中央处理器cpu，或者是特定集成电路asic(application specific integrated circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。设备包括的一个或多个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或多个cpu；也可以是不同类型的处理器，如一个或多个cpu以及一个或多个asic。
134.存储器706，用于存放程序710。存储器706可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
135.程序710具体可以用于使得处理器702执行以下操作：
136.至少采集移动或旋转的第一激光雷达的第一点云序列以及第二激光雷达的第二点云序列，其中所述第一点云序列位于所述第一激光雷达的机体坐标系，所述第二点云序列位于所述第二激光雷达的机体坐标系；
137.根据所述第一点云序列和所述第二点云序列分别获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图以及所述第二激光雷达的第二点云地图；
138.应用点云配准算法计算所述第二点云地图变换至所述第一点云地图的变换关系，获得标定结果。
139.在一种可选的方式中，移动或旋转的所述第一激光雷达以及所述第二激光雷达位于具有结构化特征物的场地中。
140.在一种可选的方式中，程序710具体可以用于使得处理器702执行以下操作：
141.应用同时定位与制图算法，计算所述第一点云序列中相邻点云的变换关系；
142.根据相邻点云的坐标变换关系将所述第一点云序列变换至所述预设时刻的所述第一激光雷达的机体坐标系，形成新的所述第一点云序列；
143.将新的所述第一点云序列合并，得到基于所述预设时刻的所述第一激光雷达的机体坐标系的所述第一点云地图；
144.应用同时定位与制图算法，计算所述第二点云序列中相邻点云的变换关系；
145.根据相邻点云的变换关系将所述第二点云序列变换至所述预设时刻的所述第二激光雷达的机体坐标系，形成新的所述第二点云序列；
146.将新的所述第二点云序列合并，得到基于所述预设时刻的所述第二激光雷达的机体坐标系的所述第二点云地图，其中所述第二点云地图与所述第一点云地图部分重叠。
147.在一种可选的方式中，程序710具体可以用于使得处理器702执行以下操作：
148.遍历所述第一点云序列，应用点云配准算法计算所述第一点云序列中任一相邻点云的变换关系；
149.使用通用图优化算法优化所述第一点云序列中任一相邻点云的变换关系；
150.遍历所述第二点云序列，应用点云配准算法计算所述第二点云序列中任一相邻点云的变换关系；
151.使用通用图优化算法优化所述第二点云序列中任一相邻点云的变换关系。
152.在一种可选的方式中，所述新的所述第一点云序列满足以下关系式：
153.pi′
＝t1t2…
tipi，
154.其中，pi′
为新的所述第一点云序列中第i个点云的坐标，i为正整数，pi为所述第一点云序列中第i个点云的坐标，ti为所述第一点云序列中相邻点云p
i-1
和pi的变换关系，ti＝f(p
i-1
,pi)；
155.所述新的所述第二点云序列满足以下关系式：
156.pj′
＝t1t2…
tjpj，
157.其中，pj′
为新的所述第二点云序列中第j个点云的坐标，j为正整数，pj为所述第二点云序列中第j个点云的坐标，tj为所述第二点云序列中相邻点云p
j-1
和pj的变换关系，tj＝
f(p
j-1
,pj)。
158.在一种可选的方式中，程序710具体可以用于使得处理器702执行以下操作：
159.分别对所述第一点云地图和所述第二点云地图进行滤波操作。
160.在一种可选的方式中，所述点云配准算法包括迭代最近点算法或正态分布变换算法。
161.在本发明的实施例中，外参标定方法包括：至少采集移动或旋转的第一激光雷达的第一点云序列以及第二激光雷达的第二点云序列，其中所述第一点云序列位于所述第一激光雷的机体坐标系，所述第二点云序列位于所述第二激光雷达的机体坐标系；根据所述第一点云序列和所述第二点云序列分别获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图以及所述第二激光雷达的第二点云地图；应用点云配准算法计算所述第二点云地图变换至所述第一点云地图的变换关系，获得标定结果。因此，通过装载激光雷达的载体的移动或旋转，扩大单个激光雷达的视场，将不同时刻不同坐标系的点云变换到同一个坐标系下，进行多个激光雷达的时间配准，使用相同时刻的各自机体坐标下表示的点云地图，计算点云地图间的相对坐标变换关系，实现激光雷达外参标定，使重叠区域不足的多激光雷达能够使用通用点云配准算法进行外参标定。
162.在此提供的算法或显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明实施例也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
163.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
164.类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
165.本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
166.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例
中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
167.应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

技术特征：
1.一种外参标定装置，其特征在于，所述外参标定装置包括：数据采集单元，用于至少采集移动或旋转的第一激光雷达的第一点云序列以及第二激光雷达的第二点云序列，其中所述第一点云序列位于所述第一激光雷达的机体坐标系，所述第二点云序列位于所述第二激光雷达的机体坐标系；配准单元，用于根据所述第一点云序列和所述第二点云序列分别获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图以及所述第二激光雷达的第二点云地图，所述第二点云地图与所述第一点云地图部分重叠；标定单元，用于应用点云配准算法计算所述第二点云地图变换至所述第一点云地图的变换关系，获得标定结果；其中，所述根据所述第一点云序列和所述第二点云序列分别获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图和所述第二激光雷达的第二点云地图包括，将所述第一点云序列变换至所述预设时刻的所述第一激光雷达的机体坐标系，以得到第一点云地图；将所述第二点云序列变换至所述预设时刻的所述第二激光雷达的机体坐标系，以得到第二点云地图。2.如权利要求1所述的外参标定装置，其特征在于，移动或旋转的所述第一激光雷达以及所述第二激光雷达位于具有结构化特征物的场地中。3.如权利要求1所述的外参标定装置，其特征在于，所述配准单元用于根据所述第一点云序列获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图，包括：应用同时定位与制图算法，计算所述第一点云序列中相邻点云的变换关系；根据相邻点云的变换关系将所述第一点云序列变换至所述预设时刻的所述第一激光雷达的机体坐标系，形成新的所述第一点云序列；将新的所述第一点云序列合并，得到基于所述预设时刻的所述第一激光雷达的机体坐标系的所述第一点云地图；所述根据所述第二点云序列获得预设时刻的所述第二激光雷达的第二点云地图，包括：应用同时定位与制图算法，计算所述第二点云序列中相邻点云的变换关系；根据相邻点云的变换关系将所述第二点云序列变换至所述预设时刻的所述第二激光雷达的机体坐标系，形成新的所述第二点云序列；将新的所述第二点云序列合并，得到基于所述预设时刻的所述第二激光雷达的机体坐标系的所述第二点云地图。4.如权利要求3所述的外参标定装置，其特征在于，所述应用同时定位与制图算法，计算所述第一点云序列中相邻点云的变换关系，包括：遍历所述第一点云序列，应用点云配准算法计算所述第一点云序列中任一相邻点云的变换关系；使用通用图优化算法优化所述第一点云序列中任一相邻点云的变换关系；所述应用同时定位与制图算法，计算所述第二点云序列中相邻点云的变换关系，包括：遍历所述第二点云序列，应用点云配准算法计算所述第二点云序列中任一相邻点云的变换关系；使用通用图优化算法优化所述第二点云序列中任一相邻点云的变换关系。
5.如权利要求3所述的外参标定装置，其特征在于，所述新的所述第一点云序列满足以下关系式：p
′
i
＝t1t2…
t
i
p
i
，其中，p
′
i
为新的所述第一点云序列中第i个点云的坐标，i为正整数，p
i
为所述第一点云序列中第i个点云的坐标，t
i
为所述第一点云序列相邻点云p
i-1
和p
i
的变换关系，t
i
＝f(p
i-1
,p
i
)；所述新的所述第二点云序列满足以下关系式：p
′
j
＝t1t2…
t
j
p
j
，其中，p
′
j
为新的所述第二点云序列中第j个点云的坐标，j为正整数，p
j
为所述第二点云序列中第j个点云的坐标，t
j
为所述第二点云序列中相邻点云p
j-1
和p
j
的变换关系，t
j
＝f(p
j-1
,p
j
)。6.如权利要求1所述的外参标定装置，其特征在于，所述应用点云配准算法计算所述第二点云地图变换至所述第一点云地图的变换关系，获得标定结果之前，包括：分别对所述第一点云地图和所述第二点云地图进行滤波操作。7.根据权利要求1-6中任一项所述的外参标定装置，其特征在于，所述点云配准算法包括迭代最近点算法或正态分布变换算法。

技术总结
本发明实施例公开了一种外参标定装置，包括：数据采集单元，用于至少采集移动或旋转的第一激光雷达的第一点云序列以及第二激光雷达的第二点云序列；配准单元，用于根据所述第一点云序列和所述第二点云序列分别获得预设时刻的所述第一激光雷达的第一点云地图以及所述第二激光雷达的第二点云地图，所述第二点云地图与所述第一点云地图部分重叠；标定单元，用于应用点云配准算法计算所述第二点云地图变换至所述第一点云地图的变换关系，获得标定结果。由此可见，利用本发明方案，使重叠区域不足的多激光雷达能够使用通用点云配准算法进行外参标定。进行外参标定。进行外参标定。


技术研发人员：郭磊明 张莹莹
受保护的技术使用者：深圳市速腾聚创科技有限公司
技术研发日：2019.08.21
技术公布日：2023/8/14