申请/专利权人：北京航空航天大学

申请日：2022-03-21

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN114755662B

主分类号：G01S7/497

分类号：G01S7/497;G01S19/23;G06V20/56;G06V10/80

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.30#授权;2022.08.02#实质审查的生效;2022.07.15#公开

摘要：本发明涉及自动驾驶路车融合感知技术领域，提供了一种路车融合感知的激光雷达和GPS的标定方法和装置。该方法包括：基于靶车GPS目标参考点，获取车载激光雷达点云在GPS全局坐标系的映射和路侧激光雷达点云在GPS全局坐标系的映射，分别完成车载感知数据的标定和路侧感知数据的标定，实现车端感知数据和路侧感知数据同时到所述GPS全局坐标系下的映射，实现路车融合感知数据的标定。本发明提供了稳定可靠的空间同步方法，高精度捕捉靶车GPS的激光点云，剔除GPS高程噪声数据，有效配准GPS的激光雷达点和GPS坐标，提高标定精度，实现了车端、路侧设备的时空同步标注的自动化智能化。

主权项：1.一种路车融合感知的激光雷达和GPS的标定装置，其特征在于，包括：待标定系统和靶车，所述待标定系统，包括车载待标定系统和路侧待标定系统；车载待标定系统包括：靶车1、靶车计算单元2、靶车天线3、靶车GPS4、车载激光雷达5、车载相机6、车载GPS7、车载计算转换矩阵8、车载天线9和视觉辅助的GPS点云提取10；所述靶车1由靶车GPS4、靶车天线3和靶车计算单元2组成，用于获得靶车GPS坐标，并提供车载激光雷达和路侧激光雷达扫描到靶车GPS坐标所对应的靶车GPS目标参考点的点云；在车载场景下，载体是自动驾驶车辆，通过车载激光雷达和车载相机6朝向相同，感知同一场景，所述车载相机6辅助所述车载激光雷达检测靶车GPS目标参考点，车载GPS7对所述自动驾驶车辆进行定位，所述车载计算转换矩阵8执行标定算法，通过车载激光雷达坐标系到GPS全局坐标系的转换后被标定，获得车载激光雷达点云在GPS全局坐标系下的映射，完成所述车载感知数据的标定；路侧待标定系统包括：路侧激光雷达11、路侧相机12、路侧GPS13、路侧计算转换矩阵14、路侧天线15，靶车GPS4、靶车天线3、靶车计算单元2、靶车1和视觉辅助的GPS点云提取10；在路侧场景下，载体是路侧感知单元支架，通过路侧激光雷达和路侧相机12朝向相同，感知同一场景，所述路侧相机12辅助所述路侧激光雷达检测所述靶车GPS目标参考点，路侧GPS13对路侧感知单元进行定位，所述路侧计算转换矩阵14执行所述标定算法，通过将路侧激光雷达坐标系转换到所述GPS全局坐标系18后被标定，获得路侧激光雷达点云在GPS全局坐标系18下的映射，完成所述路侧感知数据的标定，其中，标定算法包括由靶车GPS坐标提取算法、基于相机和激光雷达融合的靶车GPS目标检测算法以及激光雷达点和靶车GPS坐标的配准算法；基于所述车载感知数据的标定和所述路侧感知数据的标定，完成在GPS全局坐标系下的路车融合感知数据的标定；所述车载计算转换矩阵8执行标定算法，通过车载激光雷达坐标系到GPS全局坐标系的转换后被标定，获得车载激光雷达点云在GPS全局坐标系下的映射，完成所述车载感知数据的标定包括：选择所述待标定系统中的车载GPS坐标作为参考点，完成所述靶车GPS坐标从世界坐标系到所述车载参考坐标系的转换，并记录旋转矩阵和平移矩阵，获得所述车载参考坐标系下的靶车GPS坐标点集Uc，其中，旋转矩阵和平移矩阵如下所示： 其中，xc0，yc0，zc0是待标定系统中的车载GPS坐标，Rco是旋转矩阵，Tco是平移矩阵，θc是车载GPS的航向角；对所述车载参考坐标系下的靶车GPS坐标点集Uc到对应的点云点集的旋转矩阵和平移矩阵进行最小二乘法求解，目标函数如下所示： 其中，n是实验点位的数量,LRc，Tc是两点集间的误差函数，Rc和Tc分别是车载参考坐标系下的靶车GPS坐标点集到对应的点云点集的旋转矩阵和平移矩阵，Uci和Vci是第i个实验点位对应的靶车GPS坐标点及其对应的车载激光雷达点；使用奇异值分解求解所述目标函数，计算得到所述旋转矩阵Rc、所述平移矩阵Tc以及对应的所述两点集间的误差函数；将所述旋转矩阵、所述平移矩阵的变换作用于所述点云点集；若所述两点集间的误差函数小于给定的阈值，则保存当前旋转矩阵、平移矩阵并进入下一步，否则继续迭代，返回所述使用奇异值分解求解所述目标函数计算的步骤；输出所述激光雷达坐标系到所述车载参考坐标系的旋转矩阵和平移矩阵；基于所述激光雷达坐标系到所述车载参考坐标系的旋转矩阵Rc0和平移矩阵Tc0，进行所述GPS全局坐标系的二次转换，获得所述激光雷达坐标系到所述GPS全局坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，获得所述靶车GPS目标参考点的车载激光雷达点坐标在GPS全局坐标系下的映射，完成车载感知数据的标定；所述路侧计算转换矩阵14执行所述标定算法，通过将路侧激光雷达坐标系转换到所述GPS全局坐标系18后被标定，获得路侧激光雷达点云在GPS全局坐标系18下的映射，完成所述路侧感知数据的标定，包括：选择待标定系统中的路侧GPS坐标作为参考点，完成靶车GPS坐标从世界坐标系到所述路侧参考坐标系的转换，并记录旋转矩阵和平移矩阵，得到所述路侧参考坐标系下的靶车GPS坐标点集Ur，其中，旋转矩阵和平移矩阵如下所示： 其中，xr0,yr0,zr0是路侧GPS坐标，Rr0是旋转矩阵，Tr0是平移矩阵，θr是路侧GPS的航向角；对所述路侧参考坐标系下的靶车GPS坐标点集Ur到对应的点云点集的旋转矩阵和平移矩阵进行最小二乘法求解，目标函数如下所示： 其中，n'是实验点位的数量，LRr,Tr是两点集间的误差函数，Rr和Tr分别是路侧参考坐标系下的靶车GPS坐标点集到对应的点云点集的旋转矩阵和平移矩阵，Uri和Vri分别是第i个实验点位对应的靶车GPS坐标点及其对应的激光雷达点；使用所述奇异值分解求解所述目标函数，计算得到所述旋转矩阵Rr、所述平移矩阵Tr以及对应的所述两点集间的误差函数；将所述旋转矩阵、所述平移矩阵的变换作用于所述路侧激光雷达点云点集；若所述两点集间的误差函数小于给定的阈值，则保存当前旋转矩阵、平移矩阵并进入下一步，否则，继续迭代，返回所述使用所述奇异值分解求解所述目标函数的步骤；输出激光雷达坐标系到路侧参考坐标系的旋转矩阵和所述平移矩阵；基于所述激光雷达坐标系到所述路侧参考坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，进行所述GPS全局坐标系的二次转换，获得所述路侧激光雷达坐标系到所述GPS全局坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，其中，是旋转矩阵，是平移矩阵，获得所述靶车GPS目标参考点对应的路侧激光雷达点在GPS全局坐标系下的映射，完成路侧感知数据的标定。

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