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ubuntu16.04 lidar_align实现三维激光雷达和Imu联合标定

时间：2023-01-22 23:50:33

实现环境：

系统环境： Ubuntu16.04激光雷达： velodyne16线imu品牌： xsens

一简介

lidar-imu标定方法为瑞士苏黎世理工大学-自动驾驶实验室开源的一种校准 3D 激光雷达和 6 自由度位姿传感器外参的方法。该方法需要大量非平面的运动，因此不适合校准安装在汽车上的传感器标定。

lidar_align工程代码实现了以下功能：

1、读取lidar和位姿传感器的数据

2、通过时间戳匹配lidar每帧里面的每个点和位姿传感器的坐标变换

2、通过上面的变换矩阵将利用位姿信息将lidar的每帧拼接成点云

3、每个点和它最近邻点的距离总和求出，在优化中就是不断的迭代找到坐标变换使这个距离最小

算法的整体思想：

1、为每帧lidar的每个点通过时间戳去匹配一个位姿数据，并通过插值的方式得到更准确的位姿值，每个点的时间偏移也是优化因素之一

2、利用NLopt的库的非线性优化方法

3、目标函数：让拼接后的点云的每个点的最近邻点最小

4、优化向量：x、y 、z、roll、pitch、yaw、time_offset

总体来说就是不断的迭代，找到一个合适的优化向量（也就是lidar到里程计的坐标变换）使得拼在一起的点云每个点的最近邻点距离最小。

可以离线计算，录一个rosbag，然后跑一下就可以求的外参,它只会读取一个bag ，所以 lidar和位姿都要在里面。

二环境安装

（1）安装依赖

sudo apt-get install libnlopt-dev

（2）编译

mkdir -p lidar_align_ws/srccd lidar_align_ws/srcgit clone /ethz-asl/lidar_aligncd ..catkin_make

若报错:

解决办法：

将 lidar_align 文件夹下的 NLOPTConfig.cmake 复制到 ROS工作空间lidar_align_ws/src路径下面，再次编译

编译完成:

（3）改写imu接口

这一工具原本不是用来标定激光雷达和IMU的而是用来标定激光雷达和里程计的。所以需要改写IMU接口来替换掉里程计接口。所以这一工具一定程度上并不是精确标定上述两种传感器的，但不精确不代表不可用。

找到以下odom部分注释删掉都可/* types.push_back(std::string("geometry_msgs/TransformStamped"));rosbag::View view(bag, rosbag::TypeQuery(types));size_t tform_num = 0;for (const rosbag::MessageInstance& m : view) {std::cout << " Loading transform: \e[1m" << tform_num++<< "\e[0m from ros bag" << '\r' << std::flush;geometry_msgs::TransformStamped transform_msg =*(m.instantiate<geometry_msgs::TransformStamped>());Timestamp stamp = transform_msg.header.stamp.sec * 1000000ll +transform_msg.header.stamp.nsec / 1000ll;Transform T(Transform::Translation(transform_msg.transform.translation.x,transform_msg.transform.translation.y,transform_msg.transform.translation.z),Transform::Rotation(transform_msg.transform.rotation.w,transform_msg.transform.rotation.x,transform_msg.transform.rotation.y,transform_msg.transform.rotation.z));odom->addTransformData(stamp, T);}*/将以上部分替换为：types.push_back(std::string("sensor_msgs/Imu"));rosbag::View view(bag, rosbag::TypeQuery(types));size_t imu_num = 0;double shiftX=0,shiftY=0,shiftZ=0,velX=0,velY=0,velZ=0;ros::Time time;double timeDiff,lastShiftX,lastShiftY,lastShiftZ;for (const rosbag::MessageInstance& m : view){std::cout <<"Loading imu: \e[1m"<< imu_num++<<"\e[0m from ros bag"<<'\r'<< std::flush;sensor_msgs::Imu imu=*(m.instantiate<sensor_msgs::Imu>());Timestamp stamp = imu.header.stamp.sec * 1000000ll +imu.header.stamp.nsec / 1000ll;if(imu_num==1){time=imu.header.stamp;Transform T(Transform::Translation(0,0,0),Transform::Rotation(1,0,0,0));odom->addTransformData(stamp, T);}else{timeDiff=(imu.header.stamp-time).toSec();time=imu.header.stamp;velX=velX+imu.linear_acceleration.x*timeDiff;velY=velX+imu.linear_acceleration.y*timeDiff;velZ=velZ+(imu.linear_acceleration.z-9.801)*timeDiff;lastShiftX=shiftX;lastShiftY=shiftY;lastShiftZ=shiftZ;shiftX=lastShiftX+velX*timeDiff+imu.linear_acceleration.x*timeDiff*timeDiff/2;shiftY=lastShiftY+velY*timeDiff+imu.linear_acceleration.y*timeDiff*timeDiff/2;shiftZ=lastShiftZ+velZ*timeDiff+(imu.linear_acceleration.z-9.801)*timeDiff*timeDiff/2;Transform T(Transform::Translation(shiftX,shiftY,shiftZ),Transform::Rotation(imu.orientation.w,imu.orientation.x,imu.orientation.y,imu.orientation.z));odom->addTransformData(stamp, T);}}并在开头添加头文件：#include <sensor_msgs/Imu.h>

修改完成之后再次catkin_make 编译一次即可。