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DeepStream: A Demo for LiDAR-RGB Fusion

DeepStream 是一个基于Livox Horizon激光雷达和海康工业相机开发的多传感器融合测试平台。该平台当前的主要功能是：融合来自激光雷达和彩色相机的数据。

完整功能演示 - 视频链接

目录

• DeepStream: A Demo for LiDAR-RGB Fusion
• 目录
  • 依赖环境安装
  • 传感器标定
    • 1. 硬件要求
    • 2. 激光雷达与相机连接
    • 3. 相机内参和畸变矩阵计算
    • 4. 激光雷达与相机的联合标定
    • 5. 标定参数的设置
  • 运行步骤
  • 合作开发者

依赖环境安装

1. 操作系统：Ubuntu 20.04，zsh（建议安装 oh-my-zsh）

2. 自行搜索安装 PyQT5，ROS noetic，anaconda3 (python3.6.13)

3. Livox 激光雷达驱动 请按照文档说明安装 Livox激光雷达驱动，在激光雷达的驱动安装目录下会生成

   |--- path_to_livox_driver/
   |--- devel/
   |--- src/
   |--- build/

   进入 src/目录下将livox_ros_driver/launch/livox_lidar.launch 中“xfer_format” 配置为 2 （具体说明请参考livox驱动说明）

4. 海康工业相机驱动安装

   在官网下载“机器视觉工业相机客户端MVS V2.1.0 (Linux)”并解压下载的zip压缩包

   根据需要选择对应的版本安装，例如选择 “MVS-2.1.0_x86_64_20201228.deb”安装：

   sudo dpkg -i MVS-2.1.0_x86_64_20201228.deb

   注: 安装后Python例程文件会出现在 /opt/MVS/Samples/64/Python/，请确认路径是否一致，否则需要修改path_to_deepstream/deepstream/hik_cam/hik_cam_linux.py中对应的import路径

传感器标定

参考官方文档

1. 硬件要求

• Livox Horizon 激光雷达
• 海康工业相机MV-CE060-10UC + 沃乐斯 4mm镜头
• NVIDIA Jetson Xavier NX开发板(或PC)

2. 激光雷达与相机连接

自行设计激光雷达与相机连接的底座，并通过某宝进行亚克力板定制。

为了减少在标定时参数的调整，本次标定的硬件安装方式参考官方文档，最终选择如下方式：

3. 相机内参和畸变矩阵计算

任务描述：

计算相机内参和畸变矩阵。以矫正图像和进行后续投影3D点云到2D图像的任务。

标定方法（张正友标定法）：

1. 初始角点检测
2. 进一步提取亚像素角点
3. 绘制角点观察结果
4. 相机标定
5. 重投影空间三维点，评价标定效果

数据采集：

本次标定选择了黑暗条件下的85寸电视来显示标定图片，一共采集了35帧各个角度的图片：

标定结果——重投影误差：

0.014394424473247082 (误差在允许范围之内)

相机畸变矫正结果：

需要注意的问题：

1. 张正友标定法对环境干扰非常敏感。因此最后选择了黑暗条件下电视屏幕显示的标定板。
2. 拍摄角度不够diversity、拍摄图片数目不足导致精度不足。
3. 拍摄时曝光强度需要仔细调节，否则无法识别角点。

4. 激光雷达与相机的联合标定

标定方法：

基于平面约束的相机激光标定算法。

数据采集：

本次标定选择1m x 1.5m的黑色电视作为标定板。拍摄距离在3米左右。共采集数据15组。

需要注意的问题：

1. 在采集标定板点云数据时，需要叠加多个frame的点云数据，bag文件录制10s左右，否则单帧点云密度不足会极大影响标定精度。
2. 手工标记图像角点的精度不足，导致标注的图像角度精度不足，因此影响外参标注的精度。可以采用亚像素优化对手工选择的像素进一步优化解决问题。

标定效果：

5. 标定参数的设置

将得到的参数存于 params 文件夹下：

├─params
│  ├─intrinsic.txt
│  ├─extrinsic.txt
│  └─distort.txt
├─README.md

示例参数：

• distort.txt

  -0.09732168794279916 0.1023514279653091 0.0003060722976587038 0.0004451042048329594 -0.01596420627741748 
  

• intrinsic.txt

  1723.253969255113 0 1521.018607274423 0 0 1723.714922079786 1029.277181487616 0 0 0 1 0
  

• extrinsic.txt

  0.0151031  -0.999863  -0.0068105  -0.0239579 -0.01768  0.00654316  -0.999822  0.0519217 0.99973  0.0152208  -0.0175788  -0.0108779 0  0  0
  

  注意：由于设备和组装的差异，这些参数不能完全适应你的情况，所以你需要自己标定。

运行步骤

1. 打开linux命令行终端，启动ros

   roscore

2. 将电脑与海康相机通过USB相连

3. 将电脑与激光雷达的网口相连 （激光雷达连接说明请参考激光雷达相关文档，主要是将电脑的IP修改为 192.168.1.50）

4. 运行激光雷达驱动

   cd path_to_livox_driver/
   source devel/setup.zsh # 如果使用bash，则命令是 devel/setup.bash
   roslaunch livox_ros_driver livox_lidar_msg.launch

5. 注意修改deepstream/hik_cam.py中海康相机驱动相关库的路径

   # append dll path
   ## 嵌入式平台 aarch64架构
   #sys.path.append("/opt/MVS/Samples/aarch64/Python/MvImport") 
   ## 64位linux系统
   sys.path.append("/opt/MVS/Samples/64/Python/MvImport") #

6. 运行主程序。如果是在NVIDIA开发板上运行，选择双核运行模式，否则会造成卡顿。

   python3 application.py
   

合作开发者

• Iris