کالیبراسیون خارجی فاصله‌یاب دوبعدی و دوربین با استفاده از تست فیلد ‌فتوگرامتریک و قید نقطه روی صفحه

استفاده از ترکیب فاصله‌یاب و دوربین در حوزه رباتیک، نقشه‌برداری و خودروهای خودران، برای تهیه نقشه و برداشت اطلاعات رنگ و بافت اشیاء، بسیار مفید است. به‌منظور تلفیق داده‌های این دو سنسور، باید آنها بادقت بالا نسبت به هم کالیبره شوند، به این معنی که بردار انتقال و ماتریس دوران آنها نسبت به هم مشخص باشد. این مقاله یک روش برای کالیبراسیون یک لایدار دوبعدی (فاصله‌یاب لیزری صفحه‌ای) نسبت به یک دوربین پیشنهاد می‌کند که از همان تست‌فیلدهای سه‌بعدی رایج در کارهای فتوگرامتری مانند کالیبراسیون دوربین استفاده می‌کند. در روش پیشنهادی، قید نقطه روی صفحه و یک قید  اضافی دیگر برای به‌دست‌آوردن پارامترهای کالیبراسیون استفاده شده است که در تحقیقات گذشته چنین قیدهایی برای صفحه شطرنجی استفاده شده بود. برای پیاده‌سازی و ارزیابی روش پیشنهادی یک سیستم شامل یک فاصله‌یاب دوبعدی، دوربین استریو و سروو موتور طراحی و ساخته شد. این روش با یکی از دقیق‌ترین روش‌های کالیبراسیون جدید که از یک تست فیلد فتوگرامتریک و توپ‌های پینگ‌پنگ استفاده می‌کرد، مقایسه شد. مزیت روش پیشنهادی نسبت به این روش عدم استفاده از توپ‌های پینگ‌پنگ و عدم نیاز به انتخاب نقاط مربوط به توپ‌های پینگ‌پنگ در ابرنقاط است که فرآیندی دستی و زمان‌بر است. همچنین روش پیشنهادی با روش جیافن و همکاران که از ساختار هرمی ایجاد شده در گوشه اتاق برای کالیبراسیون استفاده می‌کند، مقایسه شد. در آخر پارامترهای کالیبراسیون فاصله‌یاب نسبت به دوربین در روش پیشنهادی، روش کالیبراسیون با استفاده از ابر نقطه سه‌بعدی و روش جیافن و همکاران محاسبه شد. rmse نقاط چک برای این سه روش به ترتیب 14/24، 12/40 و 15/94 میلی‌متر بود.  اگرچه rmse روش پیشنهادی نسبت به روش کالیبراسیون با استفاده از ابر نقطه سه بعدی کمی کمتر است ولی این روش به توپ پینگ پنگ نیازی ندارد و عملیات های زمانبر انتخاب نقاط مربوط به توپ های پینگ پنگ و برازش کره به آنها را ندارد. 

extrinsic calibration of 2d laser range finder and camera using photogrammetric test field and point-on-plane constraint

the combination of laser range finder and camera has proven to be very useful in the fields of robotics, mapping, and autonomous vehicles for producing maps and capturing information about the color and texture of objects. in order to fuse data from these two sensors, they need to be calibrated with high accuracy, meaning that their translation vector and rotation matrix with respect to each other must be determined. this paper proposes a method for calibrating a 2d lidar with a camera using the same 3d test fields commonly used in photogrammetric tasks such as camera calibration. in the proposed method, a point-on-plane and an additional constraint are used to obtain the calibration parameters, which is similar to using a chessboard pattern in previous research. to implement and evaluate the proposed method, a system consisting of a 2d laser range finder, a stereo camera, and a servo motor was designed and built. this method was compared with one of the most accurate new calibration methods which used a photogrammetric test field and ping-pong balls. the advantage of the proposed method over this method is the lack of the need for ping-pong balls and the selection of the corresponding points in the point cloud, which is a manual and time-consuming process. additionally, the proposed method was compared with the method used by jia fen et al., which uses a pyramid structure created in the corner of a room for calibration. finally, the calibration parameters of laser range finder with respect to the camera were calculated using the proposed method, the calibration method using a cloud of 3d points, and the j. fan et al. method. the rmse of the check points for these three methods was 24.14, 40.12, and 94.15 millimeters, respectively.