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龙图腾网获悉中国矿业大学申请的专利一种用于掘进机的相机与激光雷达校准装置及方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN118011365B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-06发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202311795676.X，技术领域涉及：G01S7/497；该发明授权一种用于掘进机的相机与激光雷达校准装置及方法是由刘万里;刘扬;王方田;葛世荣;王世博;雷伟群设计研发完成，并于2023-12-25向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种用于掘进机的相机与激光雷达校准装置及方法在说明书摘要公布了：本发明公开一种用于掘进机的相机与激光雷达校准装置及方法，属于矿山掘进领域。包括设置在掘进机顶部并且可以根据掘进机上设置的相机雷达融合模块位置移动并作为校准的校准板转动模块，校准板转动模块包括校准板，校准板下方设有能够自由移动并兼顾掘进机上所有设置的激光雷达与工业相机的万向机械臂；校准板中设有棋盘格，棋盘格的上下左右四个方向上分别在校准板上设有四个镂空圆，其中每两个镂空圆之间位于棋盘格的四个边角外侧在校准板上分别设有四个ArUco码。能够更加适应矿下的恶劣环境，在不遮挡传感器视野的前提下，为掘进机的定位、导航、自动化控制提供支持，既确保了矿业活动能够高效、安全的进行，又增加了相机与雷达的视觉范围。

本发明授权一种用于掘进机的相机与激光雷达校准装置及方法在权利要求书中公布了：1.一种用于掘进机的相机与激光雷达校准装置，其特征在于：包括设置在掘进机顶部并且根据掘进机上设置的相机雷达融合模块位置移动并作为校准的校准板转动模块，校准板转动模块包括校准板22，相机雷达融合模块包括激光雷达7与工业相机9，校准板22下方设有能够自由移动并兼顾掘进机上所有设置的激光雷达7与工业相机9的万向机械臂；所述校准板22为矩形板结构，校准板22中心设有校准用的棋盘格24，棋盘格24的上下左右四个方向上分别在校准板22上设有四个镂空圆23，其中每两个镂空圆23之间位于棋盘格24的四个边角外侧在校准板22上分别设有四个ArUco码25，四个ArUco码25根据校准板22的对角线倾斜设置，四个ArUco码25对应的ID分别为0，1，2，3，并按照时针排列的顺序；激光雷达7与工业相机9利用镂空圆23的深度差进行边缘提取；工业相机9利用棋盘格24分别求取内参校准、外参校准的初始校准参数，激光雷达7利用棋盘格24求取外参校准的初始校准参数；工业相机9利用ArUco码25进行快速定位与误差校正；相机雷达融合模块将采集到的点云与图像数据通过无线方式上传，工业相机9的内参数据将首先通过matlab进行校准，采集不同角度、不同距离下校准板中棋盘格24的图像信息，确保图像数量不低于20张，利用matlab的相机校准工具箱提取棋盘格23上的特征角点来计算工业相机9内参，若存在结果显示校准误差大于0.5像素的图像，则删除对应图像重新校准；将最终的内参标定结果保存，以便于接下来的精度评估与误差校正；对工业相机9采集到的校准板图像进行ArUco码25检测，使用Opencv的ArUco模块检测校准板上的ArUco码25，识别每个ArUco码25的ID信息，并获取其在校准板像素坐标系下ArUco码25中心点的像素坐标；将标定后的相机内参用于ArUco码25的重投影误差计算： 其中，N为ArUco码25的数量，ui,vi是实际图像中的ArUco码25像素坐标，ui′,vi′是通过内参标定结果反投影得到的重投影坐标；Re表示相机内参用于ArUco码的重投影误差；设定阈值，判断重投影误差是否处于阈值d内，若超出阈值范围，则通过ArUco码25中心点的像素坐标进行误差补偿，通过最小二乘法减小重投影误差，提高内参的准确性与稳定性；外参校准的过程为：首先根据工业相机9与激光雷达7的相对位置关系向外参校准程序内输入预设的初始外参，工业相机9利用Harris算法对上传的采集到校准板22的图像中的棋盘格24进行角点检测，激光雷达7利用激光在不同颜色上的反射率不同对上传的点云进行棋盘格24角点检测，接着利用ICP特征点匹配算法对提取到的校准板22角点进行批量处理，鉴于井下环境的低光照，高噪声特性，所进行的匹配难以避免会出现局部收敛或收敛不完全，将收敛结果作为第一阶段外参值，存入外参校准程序内；再者，利用激光雷达7获取校准板22的镂空圆23处的深度变化，提取激光雷达7获取的点云中镂空圆23的边缘特征：设立深度阈值dL,设任意一点的深度为点云中同一扫描线上相邻点的深度值分别为利用下式计算点云中每一点的深度差 根据深度阈值dL判断该点云的深度差是否符合边缘特征要求，若该点的深度差大于深度阈值dL，则将其视为边缘点云，所有符合要求的特征点云构成边缘点云集P0～n；通过边缘点云集构建圆形边缘，通过校准板22已知的镂空圆23半径，求解圆形点云中各圆心所在位置；利用工业相机9拍摄图像在镂空圆23处的梯度强度变化，提取圆形点云的边缘像素集，通过校准板已知的镂空圆23半径，求解工业相机9所拍摄的校准板22的图像中各镂空圆23圆心所在位置；将第一阶段外参值作为第二阶段的迭代开端，利用kabsch的配准方法将采集镂空圆23圆心在雷达坐标系中的坐标与镂空圆23圆心在图像像素坐标系中的坐标进行外参约束的建立，计算公式如下： 式中，Oi表示镂空点云圆心坐标，oi表示像素圆心坐标，与表示最终求解的外参值，分别代表旋转矩阵部分与平移矩阵部分；将最终的与写入程序，完成最终的视觉校准。

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