摄像机与二维激光测距仪标定技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：摄像机与二维激光测距仪标定技术研究论文作者：赵斌学生类别：全日制学科门类：工学硕士学科专业：电磁场与微波技术指导教师：胡钊政、夏克文职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金（No.51208168）ThesisSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofElectromagneticFieldandMicrowaveTechnologyResearchonTechnologiesforCalibrationofCameraand2DLaserRangefinderbyZhaoBi

2、nSupervisor:Prof.HuZhaozheng、XiaKewenFebruary2016ThisworkwassupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.51208168)摘要摄像机与二维激光测距仪被广泛应用于机器人、移动道路测量车、无人驾驶等领域。激光测距仪能获取目标的深度及三维信息，其作业距离较远且精度高，但其获取的激光数据分辨率通常较低。而摄像机获取的图像数据则具有分辨率高、信息量大等优点，但是无法准确感知远距离目标深度与三维信息。如果能将两种类型的传感器结合在一起，充分利用其优点，则可以很大程度上

3、提高传统算法的准确性与稳定性。其中，外参数标定是实现图像与激光数据融合的第一步，也是至关重要的一步。本文主要研究摄像机与二维激光测距仪的标定技术，在两传感器的标定过程中，摄像机的标定也十分重要。本文的主要工作和相关研究以下几个方面：（1）提出了两种基于主动视觉的摄像机自标定方法。这两种算法分别利用参考摄像机和单摄像机完成自标定。利用平移运动约束条件，通过场景深度信息计算无穷远单应性矩阵，通过分解无穷远单应性矩阵完成标定。实验结果表明，两种算法既实用又精确。两种算法有很大潜力解决在线的摄像机标定问题，例如应用在多摄像机和变焦摄像机系统中。（2）提出了两种基于棋盘格标定物的摄像机与

4、二维激光测距仪外参数标定算法：首先提出了一种新的基于最小解（MinimalSolution）的外参数标定算法，即摄像机与激光仅需对标定棋盘格采集三次数据。首次提出虚拟三面体概念，利用其构造一个透视三点问题（Perspective-Three-Point:P3P）用以计算外参数。另外还首次提出一种平面物成像区域约束方法从P3P多解中获取真解，使得该算法具有更大的实用性与灵活性。实验结果表明，在同等输入的条件下，该算法性能超过文献中的算法。该算法有效的简化了标定过程，在减少了棋盘格输入次数的同时可以较准确获得真解。其次，提出了基于粒子群优化算法的标定算法，针对文献算法在最小5幅输入

5、时，线性初值较差使得传统的优化结果不理想的情况，利用粒子群优化算法的优点实现标定算法。实验结果表明，有效的解决了在最小5幅平面输入时文献算法结果差的问题。（3）设计了折叠式标定板，提出了基于折叠式标定板的摄像机与二维激光测距仪外参数标定算法。利用折叠标定板的点线约束条件实现外参数标定。实验结果表明，该算法实用、精确，鲁棒性高。有效的解决了现有标定方法中过程繁琐、标定板规格较大不易于携带和标定过程中估计的初值对最后标定结果影响较大等问题。关键词：摄像机二维激光测距仪外参数标定主动视觉IABSTRACTCameraandLaserRangefinder(LRF)arewidelyu

6、tilizedinvariousapplicationsandsystems,suchasRobotics,roadsurveyandmappingvehicle,andautonomousdriving,etc.LRFcanobtainthetargetdepthand3Dinformationandithastheadvantageofmeasuringdistanceandhighprecision,butitsobtaintheLIDARdataresolutionisusuallylow.Theimagedataisacquiredfromthecamerawitha

7、highresolutiondata,largeamountofinformation,etc.,butcannotbeeffectiveandaccuratedepthperceptionand3Dinformationaboutdistanttargets.Combinationoftwotypesofsensorscangreatlyimprovetheaccuracyandstabilityofthetraditionalmethod.Extrinsiccalibrationiscr