2020108035131一种基于全站仪的激光雷达外部参数标定方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号CN112068108A
(43)申请公布日2020.12.11
(21)申请号202010803513.1
(22)申请日2020.08.11
(71)申请人南京航空航天大学
地址210000江苏省南京市秦淮区御道街
29号
(72)发明人袁诚吕品雍成优赖际舟
季博文方玮
(74)专利代理机构北京艾皮专利代理有限公司
11777
代理人丁艳侠
(51)Int.Cl.
G01S7/497(2006.01)
G06F17/11(2006.01)
G06F17/15(2006.01)

权利要求书3页说明书6页附图2页
(54)发明名称
一种基于全站仪的激光雷达外部参数标定
方法
(57)摘要
本发明公开了一种基于全站仪的激光雷达
外部参数标定方法。本发明包括以下步骤：（1）全
站仪扫描车体，确定车体坐标系与全站仪坐标系
的转换关系；（2）全站仪扫描参考物，确定参考物
在全站仪坐标系下的表达式，进一步求解参考物
在车体坐标系下的方程表达式；（3）使用全站仪
扫描激光雷达中心点在全站仪坐标系下的坐标，
并根据步骤1的结果，转换到车体坐标系中；（4）
激光雷达扫描参考物，确定参考物在激光雷达坐
标系下的方程表达式；（5）根据参考物在车体坐
标系、激光雷达坐标系下的方程表达式，求解车
体坐标系与激光雷达坐标系的转换关系。本发明
的有益效果：通过本发明可以在全站仪的辅助
下，实现激光雷达坐标系与车体坐标系的统一。
CN112068108A
CN112068108A权利要求书1/3页

1.一种基于全站仪的激光雷达外部参数标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，全站仪扫描车体，利用车体中心在全站仪坐标系下的坐标以及辅助测量
点首先计算车体在全站仪系下的航向确定车体坐标系与全站仪坐
标系的转换关系[xcyc]；

步骤2，全站仪扫描具有平面结构的参考物，获得点云数据Sw(k)，通过最小二乘进行平

面拟合，确定参考物在全站仪坐标系下的方程表达式LW，进一步求解参考物在车体坐标系
下的方程表达式
步骤3，使用全站仪扫描激光雷达中心点在全站仪坐标系下的坐标并根据步骤1
的结果，将其转换到车体坐标系中

步骤4，激光雷达扫具有平面结构的描参考物，获得点云Sm(k)，将其从极坐标系转换为
直角坐标系后，通过最小二乘法拟合，确定参考物在激光雷达坐标系下的方程表达式
步骤5，根据参考物在车体坐标系、激光雷达坐标系下的方程表达式，求解车体坐标系
与激光雷达坐标系的转换角度θ'以及平移向量
2.根据权利要求1所述一种基于全站仪的激光雷达外部参数标定方法，其特征在于，所
述步骤1的具体过程如下：
使用全站仪测量车体中心，得到车体中心在全站仪坐标系下的坐标设车体中心
点为车体坐标系原点，车体右方、前方、上方分别设为x轴、y轴、z轴，使用全站仪扫描车体与
x轴平行的一条直线上距离较远的两点在全站仪坐标系下的坐标所以
AGV小车在全站仪系下的航向为：

由此得到车体坐标系和全站仪坐标系的转换关系为：

3.根据权利要求1所述一种基于全站仪的激光雷达外部参数标定方法，其特征在于，所
述步骤2的具体过程如下：
步骤:2.1：选取具有平面结构的物体为参考物，使用全站仪扫描参考物，将全站仪扫描
出的点投影到水平面上；

记Sw(k)为k时刻参考物的点云数据，通过最小二乘法对Sw(k)点云信息进行直线拟合，

其目标函数为LW：aWxE+bWyE-1＝0；

设是Sw(k)中第i个点是Sw(k)中点的数量，是在全站

仪系下的坐标，参数aW，bW的计算公式如下：

2
CN112068108A权利要求书2/3页

步骤2.2：根据步骤1求出的车体坐标系和全站仪坐标系的转换关系，求出参考物在车
体坐标系下的直线方程：

其中，

4.根据权利要求1所述一种基于全站仪的激光雷达外部参数标定方法，其特征在于，所
述步骤3的具体过程如下：
使用全站仪测量激光雷达中心点，得到激光雷达中心点在全站仪坐标系下的坐标
根据步骤1求出的车体坐标系和全站仪坐标系的转换关系，将其转换到车体坐标系
中，得到激光雷达中心点在车体坐标系下的坐标如下：

5.根据权利要求1所述一种基于全站仪的激光雷达外部参数标定方法，其特征在于，所
述步骤4的具体过程如下：

步骤4.1：激光雷达扫描参考物，记Sm(k)为k时刻激光雷达的点云数据，将Sm(k)中的点
云信息由极坐标系转换为直角坐标系；

设Pi是Sm(k)中第i个激光点(i＝1,2,3,…,Nm)，Nm是Sm(k)中激光雷达点的数量，(ρi,θi)

是Pi在极坐标系下的坐标，则Pi在直角坐标系的坐标的计算公式如下：

步骤4.2对Sm(k)中的点云