Kalibr 作為一款面向多傳感器系統(tǒng)的開源標(biāo)定工具，在計算機視覺與機器人領(lǐng)域中扮演著連接異構(gòu)傳感器的關(guān)鍵角色，其核心價值在于為相機、IMU（慣性測量單元）、激光雷達等多種設(shè)備提供統(tǒng)一的標(biāo)定框架，實現(xiàn)內(nèi)參、外參及時間同步誤差的高精度求解。在多傳感器融合成為自動駕駛、機器人導(dǎo)航等領(lǐng)域核心技術(shù)的背景下，單一傳感器的標(biāo)定已無法滿足系統(tǒng)需求 —— 例如，視覺與 IMU 的緊耦合 SLAM 系統(tǒng)不僅需要精確的相機內(nèi)參和畸變系數(shù)，還需知曉兩者之間的空間轉(zhuǎn)換關(guān)系（外參）及時間戳偏移，否則融合結(jié)果會因傳感器間的時空不一致產(chǎn)生累積誤差。Kalibr 通過模塊化設(shè)計與優(yōu)化算法，將復(fù)雜的多傳感器標(biāo)定流程簡化為可復(fù)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化步驟，自 2014 年由 ETH Zurich 開源以來，已成為學(xué)術(shù)研究與工程實踐中多傳感器標(biāo)定的基準(zhǔn)工具，被 VINS-Mono、ORB-SLAM3 等主流 SLAM 系統(tǒng)廣泛采用，其開源特性也推動了標(biāo)定方法的透明化與標(biāo)準(zhǔn)化。本文將系統(tǒng)闡述 Kalibr 工具箱的技術(shù)架構(gòu)、標(biāo)定原理、應(yīng)用場景及局限性，揭示其在多傳感器協(xié)同感知中的核心作用。

Kalibr 的核心功能圍繞 “多模態(tài)傳感器時空校準(zhǔn)” 展開，支持多種傳感器組合的標(biāo)定任務(wù)，包括單目 / 雙目相機的內(nèi)參標(biāo)定、相機與 IMU 的聯(lián)合標(biāo)定、多相機系統(tǒng)的外參標(biāo)定，以及相機與激光雷達的空間對準(zhǔn)等，這種靈活性使其能夠適配從消費級機器人到工業(yè)級自動駕駛平臺的多樣化需求。其標(biāo)定流程的核心在于通過精確設(shè)計的靶標(biāo)與嚴(yán)格的數(shù)據(jù)采集規(guī)范，建立傳感器觀測與物理模型之間的約束關(guān)系，再通過非線性優(yōu)化求解最優(yōu)參數(shù)。以最常用的相機 - IMU 聯(lián)合標(biāo)定為例，Kalibr 要求用戶使用特定的棋盤格靶標(biāo)（如 AprilGrid），該靶標(biāo)由黑白相間的網(wǎng)格與編碼標(biāo)志組成，既便于圖像中角點的自動檢測，又能通過編碼信息實現(xiàn)不同視圖間的特征匹配，減少誤匹配對校準(zhǔn)結(jié)果的影響。數(shù)據(jù)采集階段需通過 ROS（機器人操作系統(tǒng)）記錄傳感器數(shù)據(jù)，要求相機以 10-30Hz 采集含靶標(biāo)的圖像序列，IMU 以 100-1000Hz 輸出加速度與角速度數(shù)據(jù)，且采集過程中需緩慢移動傳感器套件，使 IMU 經(jīng)歷豐富的運動激勵（如旋轉(zhuǎn)、平移組合），確保外參求解的唯一性。