【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器标定，特别是涉及一种外参标定方法、外参标定系统以及电子设备。
技术介绍
1、移动机器人导航依赖于安装于其上不同位置的传感器，这些传感器有各自的数据观测坐标系，而这些坐标系需要转换到统一的机器人本体坐标系，才能完成建图、定位、路径规划、避障以及运控等导航操作，这就需要对多个传感器的外参进行标定，以获得两个坐标系之间的转换关系。
2、目前，现有的传感器标定方案通常分为两类：一类是有参照物的标定方案，一般适用于激光雷达或相机等能观测外界物体的传感器标定；另一类是没有参照物的标定方案，一般适用于轮速计或imu(惯性测量单元)等不能观测外界物体的传感器标定。对于有参照物的标定方案，两个传感器a和b对应着坐标系a和坐标系b；若有一个物体同时在这两个坐标系中，而且可以获得这个物体在坐标系a和坐标系b中的位置信息，此时这个物体就可以被当做参照物，基于点或面进行标定。
3、现有的基于点的标定方法是取物体上的一个点，该点在坐标系a下的坐标为p(x,y,z)，在坐标系b下的坐标为p'(x',y',z')，设坐标系a到坐标系b的变换矩阵为t，则有：
4、
5、其中：t中有十二个未知量，则至少需要十二组方程组，进而至少需要四对点变化且不能在同一个平面内，导致标定难度较大。例如，以激光雷达作为传感器为例：雷达发出的激光线往往不够密集，无法保证一定有激光线正好落在角点上以便提取角点；虽然激光雷达的激光线中有点落在边界处是可以提取角点，但多数情况下激光雷达的激光线中没有点落在边界处，这就使得边
6、现有的基于面的标定方法则是已知在坐标系a下的平面p(ax+by+cz+d＝0)和其变换到坐标系b下的平面p'(a'x+b'y+c'z+d'＝0)，此时设平面p内的一点v变换到坐标系b下为v'，计算a到b的变换矩阵为m；而根据坐标系a到坐标系b的变换有mv＝v'，即：
7、此时只需要三组互不平行的平面就可以求出m。
8、然而，当前的移动机器人是通过2d栅格地图进行路径规划、避障和运控的，用于局部路径规划的2d格栅地图是由诸如雷达和3d深度相机的数据投影到2d地图坐标系下生成的。由于雷达和3d深度相机作为两个独立的传感器，因此需要把各自局部坐标系的点云数据通过外参变换到统一的机器人坐标系；而3d避障是移动机器人的基本能力，直接影响使用安全和用户体验。但上述已有的外参标定方法均不能基于应用进行量化评测，即无法基于导航避障的应用需求进行量化评测。
技术实现思路
1、本专利技术的一个优势在于提供一种外参标定方法、外参标定系统以及电子设备，其能够基于导航避障的应用需求进行量化评测。
2、本专利技术的另一个优势在于提供一种外参标定方法、外参标定系统以及电子设备，其中，在本专利技术的一个实施例中，所述外参标定方法能够基于平面约束投影的点-线约束来表示深度传感器的外参误差，使得其对深度传感器的角度分辨率具有更好的鲁棒性。
3、本专利技术的另一个优势在于提供一种外参标定方法、外参标定系统以及电子设备，其中，在本专利技术的一个实施例中，所述外参标定方法能够提供了对有限共视深度传感器之间外参标定的简易方案。
4、本专利技术的另一个优势在于提供一种外参标定方法、外参标定系统以及电子设备，其中，在本专利技术的一个实施例中，所述外参标定方法能够通过移动平台来解决多个传感器空间不共视的问题，实现了对非视景体共视(不共视)的深度传感器之间的外参进行标定。
5、本专利技术的另一个优势在于提供一种外参标定方法、外参标定系统以及电子设备，其中，在本专利技术的一个实施例中，所述外参标定方法能够对无法有效利用外部环境进行位姿估计的深度传感器之间的外参进行标定。
6、本专利技术的另一个优势在于提供一种外参标定方法、外参标定系统以及电子设备，其中为了达到上述目的，在本专利技术中不需要采用复杂的结构和设计。因此，本专利技术成功和有效地提供一种解决方案，不只提供一种简单的外参标定方法、外参标定系统以及电子设备，同时还增加了所述外参标定方法、外参标定系统以及电子设备的实用性和可靠性。
7、为了实现本专利技术的上述至少一个优势或其他优点和目的，本专利技术提供了一种外参标定方法，包括步骤：
8、控制运动平台在投影平面上移动，以带动待标定设备在与该投影平面平行的平面上运动至不同的标定位姿；
9、控制该待标定设备的每个深度传感器在对应的标定位姿下分别观测标板上与该投影平面垂直的标定平面，以得到每个深度传感器在多个标定位姿下的观测平面数据；
10、基于每个深度传感器在多个标定位姿下的观测平面数据和投影直线，以构建每个深度传感器的多个点在直线的约束方程，其中该投影直线为该标定平面与该投影平面相交的直线；以及
11、对每个深度传感器的多个点在直线的约束方程进行优化求解，以得到每个深度传感器相对于待标定设备坐标系的标定外参。
12、根据本申请的一个实施例，所述外参标定方法进一步包括步骤：
13、基于每个深度传感器相对于该待标定设备的标定外参，对经由该待标定设备的每个深度传感器在验证位姿下得到的验证平面数据进行标定验证，以得到标定验证值。
14、根据本申请的一个实施例，所述基于每个深度传感器相对于该待标定设备的标定外参，对经由该待标定设备的每个深度传感器在验证位姿下得到的验证平面数据进行标定验证，以得到标定验证值的步骤，包括步骤：
15、控制该运动平台在该投影平面上移动，以带动该待标定设备在与该投影平面平行的平面上运动至该验证位姿；
16、控制该待标定设备的每个深度传感器在该验证位姿下分别观测该标定平面，以得到深度传感器在该验证位姿下的验证平面数据；
17、将该验证平面数据投影至对应的投影直线，以构建深度传感器的标定验证模型，并得到每个深度传感器的投影点云数据；以及
18、基于每个深度传感器的投影点云数据，通过该标定验证模型计算深度传感器的标定验证值，以判断外参标定是否成功。
19、根据本申请的一个实施例，所述基于每个深度传感器的投影点云数据，通过该标定验证模型计算深度传感器的标定验证值，以判断外参标定是否成功的步骤，包括步骤：
20、将该标定验证值与预定标定阈值进行大小比较；
21、响应于该标定验证值大于该预定标定阈值，判定外参标定失败；以及
22、响应于该标定验证值小于等于该预定标定阈值，判定外参标定成功。
23、根据本申请的一个实施例，所述控制运动平台在投影平面上移动，以带动该待标定设备在与该投影平面平行的平面上运动至不同的标定位姿的步骤，包括步骤：
24、基于深度传感器在标定平面上的视野重叠率，判断深度传感器之间是否存在共视关系；
25、对于存在共视关系的深度传感器，先控制该运动平台在该投影平面上平移，以带动该待标定设备平移至不同的标定本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.外参标定方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的外参标定方法，其特征在于，所述外参标定方法进一步包括步骤：
3.根据权利要求2所述的外参标定方法，其特征在于，所述基于每个深度传感器相对于该待标定设备的标定外参，对经由该待标定设备的每个深度传感器在验证位姿下得到的验证平面数据进行标定验证，以得到标定验证值的步骤，包括步骤：
4.根据权利要求3所述的外参标定方法，其特征在于，所述基于每个深度传感器的投影点云数据，通过该标定验证模型计算深度传感器的标定验证值，以判断外参标定是否成功的步骤，包括步骤：
5.根据权利要求1至4中任一所述的外参标定方法，其特征在于，所述控制运动平台在投影平面上移动，以带动该待标定设备在与该投影平面平行的平面上运动至不同的标定位姿的步骤，包括步骤：
6.根据权利要求5所述的外参标定方法，其特征在于，所述基于深度传感器在标定平面上的视野重叠率，判断深度传感器之间是否存在共视关系的步骤，包括步骤：
7.根据权利要求5所述的外参标定方法，其特征在于，所述对于存在共视关系的深度传
8.根据权利要求5所述的外参标定方法，其特征在于，所述对于不存在共视关系的深度传感器，先控制该运动平台在该投影平面上平移，以带动该待标定设备平移至不同的标定位置，再在某一标定位置下多次控制该运动平台在该投影平面上旋转，以带动该待标定设备的多个深度传感器依次转动至某一标定姿态的步骤，包括步骤：
9.根据权利要求1至4中任一所述的外参标定方法，其特征在于，所述对每个深度传感器的多个点在直线的约束方程进行优化求解，以得到每个深度传感器相对于待标定设备坐标系的标定外参的步骤，包括步骤：
10.外参标定系统，其特征在于，包括相互可通信地连接的：
11.根据权利要求10所述的外参标定系统，其特征在于，所述平台控制单元包括相互可通信地连接的共视判断模块、平移控制模块以及旋转控制模块；所述共视判断模块用于基于深度传感器在标定平面上的视野重叠率，判断深度传感器之间是否存在共视关系；该平移控制模块用于控制该运动平台在该投影平面上平移，以带动该待标定设备平移至不同的标定位置；所述旋转控制模块用于在传感器共视时，控制该运动平台在该投影平面上旋转，以带动该待标定设备的第一传感器和第二传感器同时转动至不同的标定姿态，使得该第一传感器和该第二传感器在不同的标定位姿下同时观测该标定平面；该旋转控制模块还用于在传感器不共视时，先控制该运动平台在该投影平面上旋转，以带动该待标定设备的第一传感器转动至不同的第一标定姿态，使得该第一传感器在不同的第一标定位姿下观测该标定平面；并再次控制该运动平台在该投影平面上旋转，以带动该待标定设备的第二传感器转动至不同的第二标定姿态，使得该第二传感器在不同的第二标定位姿下观测该标定平面。
12.根据权利要求10所述的外参标定系统，其特征在于，所述优化求解单元包括相互可通信地连接的解析解求解模块和优化处理模块，所述解析解求解模块用于对每个深度传感器的多个点在直线的约束方程分别求解析解，以得到每个深度传感器在多个标定位姿下的初始标定外参；所述优化处理模块用于对每个深度传感器的多个初始标定外参进行优化处理，以得到每个深度传感器相对于该待标定设备坐标系的标定外参。
13.根据权利要求10至12中任一所述的外参标定系统，其特征在于，所述外参标定系统进一步包括标定验证单元，所述标定验证单元可通信地连接所述优化求解单元，用于基于每个深度传感器相对于该待标定设备的标定外参，对经由该待标定设备的每个深度传感器在验证位姿下得到的验证平面数据进行标定验证，以得到标定验证值。
14.电子设备，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.外参标定方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的外参标定方法，其特征在于，所述外参标定方法进一步包括步骤：
3.根据权利要求2所述的外参标定方法，其特征在于，所述基于每个深度传感器相对于该待标定设备的标定外参，对经由该待标定设备的每个深度传感器在验证位姿下得到的验证平面数据进行标定验证，以得到标定验证值的步骤，包括步骤：
4.根据权利要求3所述的外参标定方法，其特征在于，所述基于每个深度传感器的投影点云数据，通过该标定验证模型计算深度传感器的标定验证值，以判断外参标定是否成功的步骤，包括步骤：
5.根据权利要求1至4中任一所述的外参标定方法，其特征在于，所述控制运动平台在投影平面上移动，以带动该待标定设备在与该投影平面平行的平面上运动至不同的标定位姿的步骤，包括步骤：
6.根据权利要求5所述的外参标定方法，其特征在于，所述基于深度传感器在标定平面上的视野重叠率，判断深度传感器之间是否存在共视关系的步骤，包括步骤：
7.根据权利要求5所述的外参标定方法，其特征在于，所述对于存在共视关系的深度传感器，先控制该运动平台在该投影平面上平移，以带动该待标定设备平移至不同的标定位置，再在某一标定位置下单次控制该运动平台在该投影平面上旋转，以带动该待标定设备的多个深度传感器同时转动至某一标定姿态的步骤，包括步骤：
8.根据权利要求5所述的外参标定方法，其特征在于，所述对于不存在共视关系的深度传感器，先控制该运动平台在该投影平面上平移，以带动该待标定设备平移至不同的标定位置，再在某一标定位置下多次控制该运动平台在该投影平面上旋转，以带动该待标定设备的多个深度传感器依次转动至某一标定姿态的步骤，包括步骤：
9.根据权利要求1至4中任一所述的外参标定方法，其特征在于，所述对每个深度传感器的多个点在直线的约束方程进行优化求解，以得到每个深度传感器相对于待标定设备坐标系的标定外参的步骤，包...
【专利技术属性】
技术研发人员：张新远，王培建，潘锋，周俊，曹旭东，庞文鹏，
申请(专利权)人：浙江舜宇智能光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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