Калибровка взаимного расположения стереокамеры и трёхмерного сканирующего лазерного дальномера

Калибровка взаимного расположения стереокамеры и трёхмерного сканирующего лазерного дальномера

Автор: Абраменко Александр Андреевич

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 2 т.43, 2019 года.

Бесплатный доступ

В работе описан метод, позволяющий решать задачу определения взаимного положения многолучевого лидара и стереокамеры. Метод не накладывает никаких ограничений на место, в котором должна проводиться калибровка. Калибровка осуществляется с использованием калибровочного щита, который представляет собой плоский прямоугольник со специальными маркерами. Для калибровки используются трёхмерные соответствия. Вначале осуществляется поиск трёхмерных координат угловых точек калибровочного щита в системах координат камер стереопары, а также в системе координат лидара. Далее с помощью оптимизационных методов осуществляется вычисление параметров калибровки. Проведена серия виртуальных и натурных экспериментов, результаты которых показывают, что предложенный метод позволяет осуществить калибровку с точностью, сравнимой с погрешностью сенсоров. Предлагаемый метод позволяет улучшить точность калибровки за счёт одновременного использования информации с двух камер стереопары и подходит для лидаров как с низкой, так и с высокой плотностью точек.

Еще

Стереокамера, лидар, внешняя калибровка, комплексирование данных

Короткий адрес: https://sciup.org/140243282

IDR: 140243282   |   DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-2-220-230

Список литературы Калибровка взаимного расположения стереокамеры и трёхмерного сканирующего лазерного дальномера

  • Гошин, Е.В. Реконструкция 3D-сцен по разноракурсным изображениям при неизвестных внешних параметрах съёмки/Е.В. Гошин, В.А. Фурсов//Компьютерная оптика. -2015. -Т. 39, № 5. -С. 770-776. - DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-5-770-775
  • Минаев, Е.Ю. Высокоточная реконструкция пространственного положения пассивного цветового маркера по видеопоследовательности/Е.Ю. Минаев, А.В. Никоноров//Компьютерная оптика. -2012. -Т. 36, № 4. -C. 611-616.
  • Zhang, Q. Extrinsic calibration of a camera and laser range finder (improves camera calibration)/Q. Zhang, R. Pless//2004 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). -2004. -Vol. 3. -P. 2301-2306. - DOI: 10.1109/IROS.2004.1389752
  • Unnikrishnan, R. Fast extrinsic calibration of a laser rangefinder to a camera/R. Unnikrishnan, M. Hebert. -Technical Report CMU-RI-TR-05-09. -Pittsburgh, PA: Robotics Institute, 2005.
  • Pandey, G. Extrinsic calibration of a 3D laser scanner and an omnidirectional camera/G. Pandey, J. McBride, S. Savarese, R. Eustice//IFAC Proceedings Volumes. -2010. -Vol. 43, Issue 16. -P. 336-341. - DOI: 10.3182/20100906-3-IT-2019.00059
  • Huang, L. A novel multi-planar LIDAR and computer vision calibration procedure using 2D patterns for automated navigation/L. Huang, M. Barth//2009 IEEE Intelligent Vehicles Symposium. -2009. -P. 117-122. -
  • DOI: 10.1109/IVS.2009.5164263
  • Geiger, A. Automatic camera and range sensor calibration using a single shot/A. Geiger, F. Moosmann, Ö. Car, B. Schuster//2012 IEEE International Conference on Robotics and Automation. -2012. -P. 3936-3943. -
  • DOI: 10.1109/ICRA.2012.6224570
  • Pusztai, Z. Accurate calibration of LiDAR-camera systems using ordinary boxes/Z. Pusztai, L. Hajder//2017 IEEE International Conference on Computer Vision Workshops (ICCVW). -2017. -P. 394-402. -
  • DOI: 10.1109/ICCVW.2017.53
  • Gong, X. Extrinsic calibration of a 3D LIDAR and a camera using a trihedron/X. Gong, Y. Lin, J. Liu//Optics and Lasers in Engineering. -2013. -Vol. 51, Issue 4. -P. 394-401. -
  • DOI: 10.1016/j.optlaseng.2012.11.015
  • Fremont, V. Circular targets for 3d alignment of video and lidar sensors/V. Fremont, S.A. Rodriguez F, P. Bonnifait//Advanced Robotics. -2012. -Vol. 26, Issue 18. -P. 2087-2113. -
  • DOI: 10.1080/01691864.2012.703235
  • Park, Y. Calibration between color camera and 3D LIDAR instruments with a polygonal planar board/Y. Park, S. Yun, C.S. Won, K. Cho, K. Um, S. Sim//Journal of Sensors. -2014. -Vol. 14, Issue 3. -P. 5333-5353. -
  • DOI: 10.3390/s140305333
  • Dhall, A. LiDAR-Camera Calibration using 3D-3D Point correspondences. /A. Dhall, K. Chelani, V. Radhakrishnan, K.M. Krishna//arXiv preprint arXiv:1705.09785. -2017. -URL: arxiv.org/pdf/1705.09785.pdf (дата обращения 15.10.2018).
  • Veľas, M. Calibration of rgb camera with velodyne lidar /M. Veľas, M. Španěl, Z. Materna, A. Herout. -2014. -URL: pdfs.semanticscholar.org/ed15/5d1a146e0cba6be98fd7128461439f88732a.pdf (дата обращения 15.10.2018).
  • Levinson, J. Automatic online calibration of cameras and lasers/J. Levinson, S. Thrun//Proceedings of Robotics: Science and Systems. -2013. -
  • DOI: 10.15607/RSS.2013.IX.029
  • Taylor Z. Automatic calibration of lidar and camera images using normalized mutual information/Z. Taylor, J. Nieto//2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). -2013. -
  • DOI: 10.1109/ICVES.2015.7396923
  • Taylor, Z. Automatic calibration of multi-modal sensor systems using a gradient orientation measure/Z. Taylor, J. Nieto, D. Johnson//2013 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). -2013. -P. 1293-1300. -
  • DOI: 10.1109/IROS.2013.6696516
  • Pandey, G. Automatic extrinsic calibration of vision and lidar by maximizing mutual information/G. Pandey, J.R. McBride, S. Savarese, R.M. Eustice//Journal of Field Robotics. -2015. -Vol. 32, Issue 5. -P. 696-722. -
  • DOI: 10.1002/rob.21542
  • John, V. Automatic calibration and registration of lidar and stereo camera without calibration objects/V. John, Q. Long, Z. Liu, S. Mita//2015 IEEE International Conference on Vehicular Electronics and Safety (ICVES). -2015. -P. 231-237. -
  • DOI: 10.1109/ICVES.2015.7396923
  • Garrido-Jurado, S. Automatic generation and detection of highly reliable fiducial markers under occlusion/S. Garrido-Jurado, R. Muñoz-Salinas, F.J. Madrid-Cuevas, M.J. Marín-Jiménez//Pattern Recognition. -2014. -Vol. 47, Issue 6. -P. 2280-2292. -
  • DOI: 10.1016/j.patcog.2014.01.005
  • Кудинов, И.А. Реализация алгоритма определения пространственных координат и угловой ориентации объекта по реперным точкам, использующего информацию от одной камеры/И.А. Кудинов, О.В. Павлов, И.С. Холопов//Компьютерная оптика. -2015. -Т. 39, № 3. -С. 413-419. -
  • DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-3-413-419
  • Гошин, Е.В. Решение задачи автокалибровки камеры с использованием метода согласованной идентификации/Е.В. Гошин, В.А. Фурсов//Компьютерная оптика. -2012. -Т. 36, № 4 -С. 605-610.
  • Zhang, Z. A flexible new technique for camera calibration//IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. -2000. -Vol. 22, Issue 11 -P. 1330-1334. -
  • DOI: 10.1109/34.888718
  • Lepetit, V. EPnP: An accurate O(n) solution to the PnP problem/V. Lepetit, F. Moreno-Noguer, P. Fua//International Journal of Computer Vision. -2009. -Vol. 81, Issue 2. -P. 155. -
  • DOI: 10.1007/s11263-008-0152-6
  • Gao, F. Implementing the Nelder-Mead simplex algorithm with adaptive parameters/F. Gao, L. Han//Computational Optimization and Applications. -2012. -Vol. 51, Issue 1. -P. 259-277. -
  • DOI: 10.1007/s10589-010-9329-3
  • Fischler, M.A. Random sample consensus: a paradigm for model fitting with applications to image analysis and automated cartography/M.A. Fischler, R.C. Bolles//Communications of the ACM. -1981. -Vol. 24, Issue 6. -P. 381-395. -
  • DOI: 10.1145/358669.358692
  • Kabsch, W. A discussion of the solution for the best rotation to relate two sets of vectors//Acta Crystallographica. -1978. -Vol. 34, Issue 5. -P. 827-828. -
  • DOI: 10.1107/S0567739478001680
  • Sorkine-Hornung, O. Least-squares rigid motion using svd /O. Sorkine-Hornung, M. Rabinovich. -2017. -URL: igl.ethz.ch/projects/ARAP/svd_rot.pdf (дата обращения 15.10.2018).
  • Rohmer, E. V-REP: A versatile and scalable robot simulation framework/E. Rohmer, S.P.N. Singh, M. Freese//2013 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). -2013. -P. 1321-1326. -
  • DOI: 10.1109/IROS.2013.6696520
  • Bradski, G. Learning OpenCV: Computer vision with the OpenCV library/G. Bradski, K. Adrian. -O'Reilly Media, Inc., 2008.
  • Hirschmuller, Н. Stereo processing by semiglobal matching and mutual information/Н. Hirschmuller//IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. -2008. -Vol. 30, Issue 2. -P. 328-341. -
  • DOI: 10.1109/TPAMI.2007.1166
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp