相机与惯性传感器的标定方法、系统、设备及存储介质技术方案

本发明专利技术提供了相机与惯性传感器的标定方法、系统、设备及存储介质，其中，方法包括：通过不同拍摄姿势，获得i组旋转轴对，每组旋转轴对包括了基于同一旋转轴旋转而获得的相机坐标系下的相机旋转轴以及惯性传感器坐标系下的惯性传感器旋转轴，i为自然数；求得每组旋转轴对的角平分面的法向ni；通过i组旋转轴对的角平分面的法向ni构建一个参考平面，将参考平面的法向作为相机坐标系到惯性传感器坐标系的转换旋转轴；获得误差公式小值时，旋转角的值；获得惯性传感器坐标系到相机坐标系的旋转矩阵。本发明专利技术能够将相机和惯性传感器的测量解耦后再组合，增强对误差的抵抗力，从而提高相机数据和惯性传感器数据的融合精度，使机器人在环境中精准定位。

Calibration Method, System, Equipment and Storage Media of Camera and Inertial Sensor

The present invention provides a calibration method, system, equipment and storage medium for cameras and inertial sensors. The method includes: obtaining a set of rotating axes through different shooting postures, each set of rotating axes includes a camera rotating axes obtained by rotating the same rotating axes and an inertial sensor rotating axes obtained by rotating the same rotating axes, I being a natural number. The normal Ni of the angular bisector of each set of rotating axle pairs is obtained; a reference plane is constructed by the normal Ni of the angular bisector of group I rotating axle pairs, and the normal direction of the reference plane is regarded as the transformation rotation axis of the camera coordinate system to the inertial sensor coordinate system; when the error formula is small, the value of the rotation angle is obtained; and the rotation matrix of the inertial sensor coordinate system to the camera coordinate system is obtained. The invention can decouple the measurement of the camera and the inertial sensor and then combine them to enhance the resistance to errors, thereby improving the fusion accuracy of the camera data and the inertial sensor data, and enabling the robot to accurately locate in the environment.

【技术实现步骤摘要】
相机与惯性传感器的标定方法、系统、设备及存储介质
本专利技术涉及手眼标定领域，具体地说，涉及相机与惯性传感器的标定方法、系统、设备及存储介质。
技术介绍
随着计算机技术的发展，计算机视觉作为人工智能的一个重要研究领域，已经广泛地应用于各行各业。将计算机视觉技术与机器人技术相结合，也使得智能机器人领域得到大力发展。同时定位与地图构建(SLAM)的技术是机器人导航领域一个重要的问题，SLAM问题可以描述为：机器人能够对探索过的环境建立一个全局的地图，同时能够在任何时候，利用这个地图去推测出自身的位置。影响SLAM系统的两个因素有观测数据的一致性和环境噪声，周围环境观测的正确性依赖于好的数据一致性，进而影响到环境地图的构建。目前移动设备上最常见的传感器有相机和IMU传感器等，如何设计算法去利用这些常见的传感器设备实现高精度的同时定位和制图是目前的一个研究的热点问题。现有的惯性传感器的坐标系到移动机器人的相机坐标系的标定方法很容易受噪声影响，以及存在相机和惯性传感器数据不同步的问题。因此，本专利技术提供了一种相机与惯性传感器的标定方法、系统、设备及存储介质。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供相机与惯性传感器的标定方法、系统、设备及存储介质，能够将相机和惯性传感器的测量解耦，增强对误差的抵抗力，由于只需分别测量各自坐标系下的旋转轴，不依赖相机和惯性传感器数据的同步，通过该标定方法，可以提高相机数据和惯性传感器数据的融合精度，使机器人在环境中精准定位。本专利技术的实施例提供一种相机与惯性传感器的标定方法，应用于带有相机和惯性传感器的电子设备，包括以下步骤：通过不同拍摄姿势，获得i组旋转轴对，每组旋转轴对包括了基于同一旋转轴旋转而获得的相机坐标系下的相机旋转轴rotAxisCi以及惯性传感器坐标系下的惯性传感器旋转轴rotAxisIi，i为自然数；求得每组旋转轴对的角平分面的法向ni：通过所述i组旋转轴对的角平分面的法向ni构建一个参考平面，将所述参考平面的法向作为所述相机坐标系到惯性传感器坐标系的转换旋转轴rotAxisI2C；获得误差公式小值时，旋转角rotAngI2C的值，所述误差公式为：获得所述惯性传感器坐标系到所述相机坐标系的旋转矩阵RI2C，RI2C＝rodrigues(rotAngI2C*rotAxisI2C)。优选地，所述惯性传感器旋转轴rotAxisIi*旋转矩阵RI2C＝相机旋转轴rotAxisCi，所述旋转矩阵RI2C是一个3*3的矩阵。优选地，获得一组旋转轴对的方法包括：建立相机坐标系，将电子设备基于一个轴向作定轴运动，通过相机拍摄一棋盘格，根据所述棋盘格中角点的位置变化，获得相机坐标系下的相机旋转轴rotAxisCi；建立惯性传感器坐标系，将所述电子设备继续基于同一轴向作定轴运动，记录旋转过程陀螺仪的数值变化，获得惯性传感器旋转矩阵和惯性传感器旋转轴rotAxisIi。优选地，所述相机旋转轴rotAxisCi为一个归一化向量(ai,bi,ci)，所述惯性传感器旋转轴rotAxisIi为一个归一化向量(di,ei,fi)。优选地，对所述每组旋转轴对的角平分面的法向ni进行归一化。优选地，不同组的所述旋转轴对的旋转轴各自不同。本专利技术的实施例还提供一种相机与惯性传感器的标定系统，用于实现上述的相机与惯性传感器的标定方法，包括：旋转轴对采集模块，通过不同拍摄姿势，获得i组旋转轴对，每组旋转轴对包括了基于同一旋转轴旋转而获得的相机坐标系下的相机旋转轴rotAxisCi以及惯性传感器坐标系下的惯性传感器旋转轴rotAxisIi，i为自然数；法向获得模块，求得每组旋转轴对的角平分面的法向ni：参考平面建立模块，通过所述i组旋转轴对的角平分面的法向ni构建一个参考平面，将所述参考平面的法向作为所述相机坐标系到惯性传感器坐标系的转换旋转轴rotAxisI2C；旋转角获得模块，获得误差公式小值时，旋转角rotAngI2C的值，所述误差公式为：旋转矩阵获得模块，获得所述惯性传感器坐标系到所述相机坐标系的旋转矩阵RI2C，RI2C＝rodrigues(rotAngI2C*rotAxisI2C)。优选地，所述惯性传感器旋转轴rotAxisIi*旋转矩阵RI2C＝相机旋转轴rotAxisCi，所述旋转矩阵RI2C是一个3*3的矩阵。本专利技术的实施例还提供一种相机与惯性传感器的标定设备，包括：处理器；存储器，其中存储有所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述相机与惯性传感器的标定方法的步骤。本专利技术的实施例还提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，所述程序被执行时实现上述相机与惯性传感器的标定方法的步骤。本专利技术的相机与惯性传感器的标定方法、系统、设备及存储介质，能够将相机和惯性传感器的测量解耦，增强对误差的抵抗力，由于只需分别测量各自坐标系下的旋转轴，不依赖相机和惯性传感器数据的同步，通过该标定方法，可以提高相机数据和惯性传感器数据的融合精度，使机器人在环境中精准定位。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。图1是使用本专利技术的相机与惯性传感器的标定方法的流程图。图2是使用本专利技术的相机与惯性传感器的标定方法中采集第一组旋转轴对中相机旋转轴的示意图。图3是使用本专利技术的相机与惯性传感器的标定方法中采集第一组旋转轴对中惯性传感器旋转轴的示意图。图4是使用本专利技术的相机与惯性传感器的标定方法中采集第二组旋转轴对中相机旋转轴的示意图。图5是使用本专利技术的相机与惯性传感器的标定方法中采集第二组旋转轴对中惯性传感器旋转轴的示意图。图6是本专利技术的相机与惯性传感器的标定系统的模块示意图；图7是本专利技术的相机与惯性传感器的标定设备的结构示意图；以及图8是本专利技术一实施例的计算机可读存储介质的结构示意图。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本专利技术将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。图1是使用本专利技术的相机与惯性传感器的标定方法的流程图。如图1所示，本专利技术提供一种相机与惯性传感器的标定方法，应用于带有相机和惯性传感器的电子设备，包括以下步骤：S101、通过不同拍摄姿势，获得i组旋转轴对，每组旋转轴对包括了基于同一旋转轴旋转而获得的相机坐标系下的相机旋转轴rotAxisCi以及惯性传感器坐标系下的惯性传感器旋转轴rotAxisIi，i为自然数。不同组的所述旋转轴对的旋转轴各自不同。在一个优选的实施例中，获得相机旋转轴rotAxisC1和惯性传感器旋转轴rotAxisIi的先后顺序并不固定，可以交换顺序。S102、求得每组旋转轴对的角平分面的法向ni：S103、通过所述i组旋转轴对的角平分面的法向ni构建一个参考平面，将所述参考平面的法向作为所述相机坐标系到惯性传感器坐标系的转换旋转轴rotAxisI2C。在一个优选方案中，对所述每组旋转轴对的角平分面的法向ni进行归一化，但不以此为限。S104、获得误差公式小值时，旋转角r本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相机与惯性传感器的标定方法，应用于带有相机和惯性传感器的电子设备，其特征在于，包括以下步骤：通过不同拍摄姿势，获得i组旋转轴对，每组旋转轴对包括了基于同一旋转轴旋转而获得的相机坐标系下的相机旋转轴rotAxisCi以及惯性传感器坐标系下的惯性传感器旋转轴rotAxisIi，i为自然数；求得每组旋转轴对的角平分面的法向ni：

【技术特征摘要】
1.一种相机与惯性传感器的标定方法，应用于带有相机和惯性传感器的电子设备，其特征在于，包括以下步骤：通过不同拍摄姿势，获得i组旋转轴对，每组旋转轴对包括了基于同一旋转轴旋转而获得的相机坐标系下的相机旋转轴rotAxisCi以及惯性传感器坐标系下的惯性传感器旋转轴rotAxisIi，i为自然数；求得每组旋转轴对的角平分面的法向ni：通过所述i组旋转轴对的角平分面的法向ni构建一个参考平面，将所述参考平面的法向作为所述相机坐标系到惯性传感器坐标系的转换旋转轴rotAxisI2C；获得误差公式小值时，旋转角rotAngI2C的值，所述误差公式为：获得所述惯性传感器坐标系到所述相机坐标系的旋转矩阵RI2C，RI2C＝rodrigues(rotAngI2C*rotAxisI2C)。2.如权利要求1所述的相机与惯性传感器的标定方法，其特征在于：所述惯性传感器旋转轴rotAxisIi*旋转矩阵RI2C＝相机旋转轴rotAxisCi，所述旋转矩阵RI2C是一个3*3的矩阵。3.如权利要求1所述的相机与惯性传感器的标定方法，其特征在于：获得一组旋转轴对的方法包括：建立相机坐标系，将电子设备基于一个轴向作定轴运动，通过相机拍摄一棋盘格，根据所述棋盘格中角点的位置变化，获得相机坐标系下的相机旋转轴rotAxisCi；建立惯性传感器坐标系，将所述电子设备继续基于同一轴向作定轴运动，记录旋转过程陀螺仪的数值变化，获得惯性传感器旋转矩阵和惯性传感器旋转轴rotAxisIi。4.如权利要求1所述的相机与惯性传感器的标定方法，其特征在于：所述相机旋转轴rotAxisCi为一个归一化向量(ai,bi,ci)，所述惯性传感器旋转轴rotAxisIi为一个归一化向量(di,ei,fi)。5.如权利要求1所述的相机与惯性...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱镕杰，周骥，冯歆鹏，
申请(专利权)人：上海肇观电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31