前言

前两篇介绍了相机和livox激光雷达外参标定：ROS功能包的livox_camera_lidar_calibration 和使用方法.
具体链接:

• 链接1
• 链接2

本篇在gazebo中搭建可以模拟产生livox_camera_lidar_calibration功能包需要的数据的仿真场景.

场景搭建要求

下面总结下,针对livox_camera_lidar_calibration功能包仿真都需要哪些内容:

• livox 激光雷达,可以产生livox激光雷达这种的固态雷达的数据
• 相机,生成图像
• 棋盘标定板
• 矩形标定板
• 激光雷达和相机可以一起改变角度和位置(世界坐标系下)

这个场景要求想起了之前搭建的一个无人机和云台,那么在上面再装一个livox avia 和 一个 carema就OK了

云台装在一个无人机上,刚好可以移动及改变 雷达和相机的姿态.

场景搭建

创建一个云台挂在无人机上

这个是之前搭建好的,不重点说了,直接上图,就是下面这个样子

其中无人机和云台的尺寸比较小,和livox和camera的比例不太一致,不过仿真就不那么追求完美了,可以用就行.

云台是这样的:

灰色的是云台的gimbal_base_link,用于与无人机的连接,连接方式是固定的,所以云台的航向是完全锁定机头方向的

  <joint name="${name}_joint" type="fixed">
    <parent link="${parent}"/>
    <child link="gimbal_base_link"/>
    <origin xyz="0 0 -0.05" rpy="${M_PI} 0 ${M_PI/2} " />
    <axis xyz="0 0 1" />
  </joint>

蓝色的是link1,向下延伸杆.与gimbal_base_link为固定连接.

红色的是云台平台的主体link2 , 与link1, 连接一个joint,用于俯仰的控制

  <joint name="swivel_J1" type="revolute">
    <parent link="link_1"/>
    <child link="link_2"/>
    <origin xyz="0 0 ${SizeGain*0.01}" rpy="0 0 0" />
    <axis xyz="1 0 0" />
    <limit lower="-1.745" upper="2.356" effort="10"
       velocity="1.0" />
    <joint_properties damping="0" friction="0"/>
  </joint>

 <transmission name="tran2">
    <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
    <joint name="swivel_J1">
      <hardwareInterface>hardware_interface/EffortJointInterface</hardwareInterface>
    </joint>
    <actuator name="motor2">
      <hardwareInterface>hardware_interface/EffortJointInterface</hardwareInterface>
      <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
    </actuator>
  </transmission>

创建一个livox 和camera 挂在云台上

上面说了尺寸问题,为了避免数据被遮挡,需要将雷达和相机往前放

雷达和相机放在 link2 上, 为了标定外参,设置两者的位置不重合,当然实际也不可能重合. 先设置一个简单的位置

雷达与x轴偏-0.1 相机与x轴偏0.1,所以两者仅在y方向上偏0.2.之后在进行外参标定的时候再把各方向的偏差加上

  <joint name="camera_J2" type="fixed">
    <parent link="link_2"/>
    <child link="camera_mount"/>
    <origin xyz="0.1 ${SizeGain*0.01+0.29} 0" rpy="${M_PI} 0 ${M_PI/2}" />
    <axis xyz="1 0 0" />
    <limit lower="-2.094" upper="2.670" effort="10"
       velocity="1.0" />
    <joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>
  </joint>

    <joint name="lidar_joint" type="fixed">
        <parent link="link_2"/>
        <child link="livox_lidar_link"/>
        <origin xyz="-0.1 ${SizeGain*0.01+0.29} 0.002" rpy="${180*M_PI/180} ${0*M_PI/180} ${M_PI*0.5}" />
        <axis xyz="1 0 0" />
    </joint>

相机与激光雷达视野匹配

我们知道激光雷达是没有镜头的,所以激光雷达的视场角是多少就是多少,无法改变.(实际场景中)

那么想让相机与激光雷达的视野匹配,只能选择相机的镜头,让水平视场角和垂直视场角两者更为接近.

激光雷达仿真对应的具体型号是livox avia ,该雷达的视野如下:
非重复式扫描 70.4° * 77.2°
在gazebo中也是这样设置的

  <xacro:property name="horizontal_fov" value="70.4"/>
  <xacro:property name="vertical_fov" value="77.2"/>

所以在gazebo中设置相机的参数如下:(水平角是70.4,像素是4096*3000)

    <gazebo reference="camera_mount"> 
           <turnGravityOff>false</turnGravityOff>
            <sensor type="camera" name="camera_node">
                <update_rate>5</update_rate>
                <camera name="head">
                    <horizontal_fov>"${70.4*M_PI/180}"</horizontal_fov>
                    <image>
                        <width>4096</width>
                        <height>3000</height>
                        <format>R8G8B8</format>
                    </image>
                    <clip>
                        <near>0.02</near>
                        <far>300</far>
                    </clip>
                    <noise>
                        <type>gaussian</type>
                        <mean>0.0</mean>
                        <stddev>0.007</stddev>
                    </noise>
                </camera>
                <plugin name="gazebo_camera" filename="libgazebo_ros_camera.so">
                    <alwaysOn>true</alwaysOn>
                    <updateRate>10</updateRate>
                    <cameraName>/camera</cameraName>
                    <imageTopicName>image_raw</imageTopicName>
                    <cameraInfoTopicName>camera_info</cameraInfoTopicName>
                    <frameName>camera_link</frameName>
                    <hackBaseline>0.07</hackBaseline>
                    <distortionK1>0.0</distortionK1>
                    <distortionK2>0.0</distortionK2>
                    <distortionK3>0.0</distortionK3>
                    <distortionT1>0.0</distortionT1>
                    <distortionT2>0.0</distortionT2>
                </plugin>
            </sensor>
        </gazebo>

rviz中检查成像效果

在云台前,放一个墙

看激光雷达的点云和相机的图像的墙的占幅比,如果上面调的视野一致的化,那么应该不会差太多.

墙横过来的效果

创建标定棋盘

编辑一个棋盘的sdf文件,这种文件太长了,就不在这放了. 展示下想让棋盘待在空中不掉下来的关键部分:
(要原始sdf文件的可以留言留下邮箱)

static 为true 则不受重力影响
pose 就是 在world 的位置 x y z 和三个姿态角

在rviz中检查下标定棋盘别太小就行.

创建标定板

标定板最好可以设置大点的,矩形板就行

<?xml version='1.0'?>
<sdf version="1.4">
<model name="board">
  <pose>4 0 2 0 1.57079 0</pose>
  <static>true</static>
    <link name="board">
      <pose>0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0</pose>
      <inertial>
        <mass>0.01</mass>
        <inertia> <!-- interias are tricky to compute -->
          <!-- http://answers.gazebosim.org/question/4372/the-inertia-matrix-explained/ -->
          <ixx>0.083</ixx>       <!-- for a box: ixx = 0.083 * mass * (y*y + z*z) -->
          <ixy>0.0</ixy>         <!-- for a box: ixy = 0 -->
          <ixz>0.0</ixz>         <!-- for a box: ixz = 0 -->
          <iyy>0.083</iyy>       <!-- for a box: iyy = 0.083 * mass * (x*x + z*z) -->
          <iyz>0.0</iyz>         <!-- for a box: iyz = 0 -->
          <izz>0.083</izz>       <!-- for a box: izz = 0.083 * mass * (x*x + y*y) -->
        </inertia>
      </inertial>
      <collision name="collision">
        <geometry>
          <box>
            <size>0.02 0.02 0.005</size>
          </box>
        </geometry>
      </collision>
      <visual name="sqr11">
        <geometry>
          <box>
            <size>2 2.5 0.005</size>
          </box>
        </geometry>
    <material>
          <ambient>0 0 0 1</ambient>
          <diffuse>0 0 0 1</diffuse>
          <specular>0.1 0.1 0.1 1</specular>
          <emissive>0 0 0 0</emissive>
        </material>
      </visual>

  </model>
</sdf>

场景效果检测

最后控制无人机飞起来,然后看标定板在相机和雷达里的视野情况

没毛病,这样就仿真场景就搭建完毕了!