一种基于多场景的车载摄像头标定方法

技术领域

本发明涉及车载摄像头标定技术领域，尤其涉及一种基于多场景的车载摄像头标定方法。

背景技术

车载摄像头标定技术是自动驾驶的一项关键技术，其标定结果的准确性直接影响自动驾驶感知融合结果的可信性，因此车载摄像头在正式使用前均需进行较高精度的标定。当前主流车载摄像头外参标定的方法如下:1.预设标定环境标定，在预先固定好标定目标物的环境中进行，该标定方法对车辆停放的位置有严格要求，且依赖摄像头对标准标定目标物的检测；2.利用消失点标定，利用真实世界中的平行线在图像中相交的原理进行计算，这种方法只能计算相机的偏航角和俯仰角，无法计算相机的翻滚角和平移矩阵；3.联合标定，利用车载摄像头与其他传感器(例如激光雷达等)的联合标定，该类标定方法主要依赖两种传感器的检测，且需要标定目标物在两种传感器的共同检测区域中不断移动，在实际应用中需要通过二次转换才能使用。车载摄像头由于其安装位置的局限，方法1中车辆停放位置难以把握，且高度依赖预设的标定环境，方法2中平移矩阵需要另找方法进行测量计算，方法3中车载摄像头与其他传感器进行联合标定时标定目标物同时在两种传感器共同检测区域中移动较为困难，且二次转化误差较大。

发明内容

本发明提出一种基于多场景的车载摄像头标定方法，通过将车载摄像头的外参标定至车体坐标系，不需要通过中间传感器联合标定二次转换，即可进行标定，且对标定场地及标定目标物无特殊要求。

为了解决上述背景技术中的问题，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于多场景的车载摄像头标定方法，包括：

车体坐标系建立：选择具有一定坡度的空旷长度，将目标物摆放至车载摄像头视野范围内，利用便携式RTK设备在车体四周采集至少四个点的坐标信息及车体坐标系原点的坐标信息，并将车体四周采集的坐标点平移至车体坐标系原点，选择车体四周的点进行平面拟合，确定车体坐标系平面，然后将车体坐标系原点投影至该平面，建立车体坐标系(x、y、z)；

目标物三维点获取：利用便携式RTK设备，采集10个目标物三维坐标信息，并通过坐标转换，将目标物坐标点转换至车体坐标系(x、y、z)中；

目标像素点获取：通过需要标定的车载摄像头获取目标物的图像信息，并在图像中获取对应目标物的像素信息；

外参矩阵计算：通过获取到目标物的三维坐标点及像素坐标点的对应关系计算车载摄像头的外参矩阵。

优选的，所述车体坐标系建立还包括对所述便携式RTK设备采集的原始点进行航向角消除，所述航向角消除方法为：根据采集到的点计算航向角大小，在车体坐标系(x、y、z)中即为车体长边与y轴夹角,计算此夹角角度，并通过坐标旋转进行消除。

优选的，所述车体坐标系建立还对所述车体坐标系仰视角进行消除，所述仰视角消除方法为：使车体平面与坐标系重合，所述仰视角为当前车体平面与坐标系各坐标平面的夹角，再次通过坐标旋转进行消除。

优选的，所述坐标信息采集，在车体周围采集坐标信息时，应在车身四周并尽量贴近车身，每个选点应保持在同一直线，使通过选择点可确定车体轮廓，并遵循右手坐标系建立坐标系，确定车体正方向为坐标系中y轴方向。

优选的，所述平面拟合，在平面拟合选点时，应首先剔除测量中的噪点，然后选取不在同一直线上的三个点进行平面拟合。

优选的，所述车体坐标系原点为车身后轴中心坐标点。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1、通过便携式RTK设备对目标物的三维坐标信息进行采集，减少人为测量过程中的误差。

2、不受地形及环境限制，通过拟合车体坐标系平面，确定车体坐标系，将所采集到的点的三维信息统一至车体坐标系，可不受地形限制。

3、通过像素坐标系直接转换至车体坐标系，减少中间坐标系转换过程中的误差，提高标定精确度。

附图说明

图1为本发明的总体流程图；

图2为本发明目标物摆放及车体周五采集点示意图；

图3为本发明平面拟合流程图；

图4为本发明坐标系简历及坐标旋转流程图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种基于多场景的车载摄像头标定方法，包括：

车体坐标系建立：选择具有一定坡度的空旷长度，将目标物摆放至车载摄像头视野范围内，利用便携式RTK设备在车体四周采集至少四个点的坐标信息及车体坐标系原点的坐标信息，并将车体四周采集的坐标点平移至车体坐标系原点，选择车体四周的点进行平面拟合，确定车体坐标系平面，然后将车体坐标系原点投影至该平面，建立车体坐标系(x、y、z)；

目标物三维点获取：利用便携式RTK设备，采集10个目标物三维坐标信息，并通过坐标转换，将目标物坐标点转换至车体坐标系(x、y、z)中；

目标像素点获取：通过需要标定的车载摄像头获取目标物的图像信息，并在图像中获取对应目标物的像素信息；

外参矩阵计算：通过获取到目标物的三维坐标点及像素坐标点的对应关系计算车载摄像头的外参矩阵。

其中Zc为比例因子；

为像素坐标；

为相机内参矩阵；

R为相机安装旋转矩阵；

T为平移矩阵；

为世界坐标系坐标；

在测量中世界坐标系为相对车体坐标系的坐标数值，相机内参已提前标定。通过多组互相对应的像素坐标及世界坐标，利用OpenCV中solvePnPRansac()函数计算R、T矩阵。

通过便携式RTK设备对目标物的三维坐标信息进行采集，减少人为测量过程中的误差并通过拟合车体坐标系平面，确定车体坐标系，将所采集到的点的三维信息统一至车体坐标系，然后通过像素坐标系直接转换至车体坐标系，减少中间坐标系转换过程中的误差，提高标定精确度；在进行外参标定前默认摄像头内参一直，加载图像信息，通过鼠标在图像中选择对应目标物的像素点，通过目标物三维点获取及目标像素点获取的三维坐标信息，与像素坐标信息进行外参计算。

实施例2

车体坐标系建立还包括对便携式RTK设备采集的原始点进行航向角消除，航向角消除方法为：根据采集到的点计算航向角大小，在车体坐标系(x、y、z)中即为车体长边与y轴夹角,计算此夹角角度，并通过坐标旋转进行消除。由于本次实施过程使用便携式RTK设备进三维坐标点采集，因此采集的原始点有一定航向角，且所有原始数据的坐标原点均在大地坐标系原点，因此所以采集点应先进行坐标平移，将坐标原点平移至车体坐标系的原点。消除航向角，根据采集到的点计算航向角大小，在车体坐标系中即为车体长边与v轴夹角,计算该角度，并通过旋转消除该角度。

在采集到的点中车体长边的两个点坐标分别为：

p

p

y轴夹角角度计算如下：

车体坐标系建立还对车体坐标系仰视角进行消除，仰视角消除方法为：使车体平面与坐标系重合，仰视角为当前车体平面与车体坐标系(x、y、z)各坐标平面的夹角，再次通过坐标旋转进行消除。由于实施场地具有一定坡度(仰视角)，需要将该坡度(仰视角)消除，使得车体平面与坐标系xoy面重合，该角度为当前车体平面与三个坐标平面的夹角，再次通过坐标旋转消除该角度。

实施例3

坐标信息采集，在车体周围采集坐标信息时，应在车身四周并尽量贴近车身，每个选点应保持在同一直线，使通过选择点可确定车体轮廓，遵循右手坐标系建立坐标系，并确定车体正方向为坐标系中y轴方向。

平面拟合，在平面拟合选点时，应首先剔除测量中的噪点，然后选取不在同一直线上的三个点进行平面拟合。在数学推理过程中，三个不在同一直线上的点确定一个平面，因此在选点拟合平面的过程中，有多种方案，如在车体四周多采几组点进行多次拟合求平均值、最小二乘法选择最优解等，本实施例选取不在同一直线上的三个点为平面拟合方案。

测量噪点剔除主要排除测量异常值，在采集到坐标点之后通过观测测量值，剔除测量值明显大于或低于正常值的测量点。

车体坐标系原点为车身后轴中心坐标点。选择车身后轴中心作为车体坐标系原点，使标定更加稳定准确。