像机与惯性测量单元旋转关系校准方法、装置和设备制造方法及图纸

技术编号:28029082 阅读:21 留言:0更新日期:2021-04-09 23:09
本申请涉及一种像机与惯性测量单元旋转关系校准方法、装置和设备。所述方法包括:获取像机拍摄的第一图像和第二图像,提取第一图像和第二图像的仿射匹配点对;根据第一图像和第二图像的单应性矩阵与旋转矩阵和平移向量的第一关系,建立单应性矩阵与第一齐次坐标和第二齐次坐标的第二关系;根据仿射变换矩阵,建立仿射变换矩阵和旋转矩阵的第三关系;根据第二关系和第三关系,得到多项式方程组;获取初始安装参数,将多项式方程组进行一阶近似,得到阶数为2的简化的多项式方程组;采用解算器对简化的多项式方程组进行求解,得到待标定的旋转矩阵以及平移向量。采用本方法能够实现旋转关系的快速校正。

【技术实现步骤摘要】
像机与惯性测量单元旋转关系校准方法、装置和设备
本申请涉及非接触式测量
,特别是涉及一种像机与惯性测量单元旋转关系校准方法、装置和设备。
技术介绍
多传感器融合,特别是像机和惯性测量单元(Inertialmeasurementunit,IMU)的融合,在计算机视觉和光学测量领域有着广泛的应用,如自主导航和自动着陆以及同步定位和绘图(simultaneouslocalizationandmapping,SLAM)。在这些应用中,像机与IMU数据的成功融合需要精确对准像机与IMU之间的时空关系,而对准误差会降低传感器的融合精度,从而影响最终的测量结果。因此,摄像机与IMU之间的时空关系的精确对准是一项基础性工作,在传感器融合与测量中起着重要的作用。传统的标定方法将像机IMU系统的对准视为一个手眼标定问题,因为IMU直接输出相对于IMU参考坐标系的旋转信息,但是这种方法需要提前恢复像机姿态。此外还有不需要已知标定目标也不需要摄像机姿态先验信息的方法,直接从特征匹配中计算相对位置,由于这些方法没有处理离群点的机制,其精度受到特征失配的影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种像机与惯性测量单元旋转关系校准方法,其特征在于,所述方法包括:/n获取像机拍摄的第一图像和第二图像,提取第一图像和第二图像的仿射匹配点对;每对仿射匹配点对包括的第一图像的第一齐次坐标和第二图像中图像点的第二齐次坐标,以及一个仿射变换矩阵;/n根据所述第一图像和所述第二图像的单应性矩阵与第一图像到第二图像变换的旋转矩阵和平移向量的第一关系,建立所述单应性矩阵与所述第一齐次坐标和所述第二齐次坐标的第二关系;/n根据所述第一图像和所述第二图像中的所述仿射变换矩阵,基于所述单应性矩阵,建立所述仿射变换矩阵和所述旋转矩阵的第三关系;/n根据所述第二关系和所述第三关系,得到多项式方程组;其中,所述...

【技术特征摘要】
1.一种像机与惯性测量单元旋转关系校准方法,其特征在于,所述方法包括:
获取像机拍摄的第一图像和第二图像,提取第一图像和第二图像的仿射匹配点对;每对仿射匹配点对包括的第一图像的第一齐次坐标和第二图像中图像点的第二齐次坐标,以及一个仿射变换矩阵;
根据所述第一图像和所述第二图像的单应性矩阵与第一图像到第二图像变换的旋转矩阵和平移向量的第一关系,建立所述单应性矩阵与所述第一齐次坐标和所述第二齐次坐标的第二关系;
根据所述第一图像和所述第二图像中的所述仿射变换矩阵,基于所述单应性矩阵,建立所述仿射变换矩阵和所述旋转矩阵的第三关系;
根据所述第二关系和所述第三关系,得到多项式方程组;其中,所述多项式方程组的阶数为6,未知数为3个旋转参数和3个平移参数;
获取惯性测量单元和像机之间的初始安装参数,根据所述初始安装参数将所述多项式方程组进行一阶近似,得到阶数为2的简化的多项式方程组;
采用解算器对所述简化的多项式方程组进行求解,得到待标定的旋转矩阵以及平移向量;
在根据所述第二关系和所述第三关系,得到多项式方程组之前,所述方法还包括:
根据所述第二关系和所述第三关系,得到六个方程为:



其中,是第行、第列的元素,H表示单应性矩阵,仿射匹配点对为,其中,和是第一图像和第二图像中齐次坐标形式的对应点对,A表示仿射变换矩阵,是的第行、第列元素,和是第个图像中的方向,表示深度投影,取值为的最后一行;
根据六个方程,得到多项式方程组。


2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
获取第一图像和第二图像中多个匹配内点对;
根据所述匹配内点对和所述单应性矩阵,计算重投影误差;
根据所述重投影误差构建转化误差代价函数,以校正后的旋转矩阵的为优化参数,最小化所述误差代价函数得到优化旋转矩阵。


3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述第一图像和所述第二图像的单应性矩阵与第一图像到第二图像变换的旋转矩阵和平移向量的第一关系,建立所述单应性矩阵与所述第一齐次坐标和所述第二齐次坐标的第二关系,包括:
获取所述第一图像和所述第二图像的单应关系为:



其中,分别表示第一图像中的图像点的第一齐次坐标和第二图像中图像点的第二齐次坐标,H表示单应性矩阵,R表示旋转矩阵,t表示平移向量,d表示为第一图像坐标系到3D地面的距离,表示3D地面在第一图像坐标系中的单位法向量;
根据所述单应关系,得到单应性矩阵与旋转矩阵和平移向量的第一关系为:






其中,表示对R校准后的旋转矩阵,T表示对t校准后的平移向量,表示像机拍摄第一图像时惯性测量单元输出的角度信息,表示像机拍摄第二图像时惯性测量单元输出的角度信息,表示3D地面在校准后第一图像坐标系中的单位法向量;
根据所述第一关系,建立所述单应性矩阵与所述第一齐次坐标和所述第二齐次坐标的第二关系为:



其中,是第行、第列的元素。


4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,根据所述第一图像和所述第二图像中的所述仿射变换矩阵,基于所述单应性矩阵,建立所述仿射变换矩阵和所述旋转矩阵的第三关系,包括:
获取所述第一图像和所述第二图像中的仿射匹配点对;其中,和是第一图像和第二图像中齐次坐标形式的对应点对,A表示仿射变换矩阵;
根据所述单应性矩阵,建立所述仿射变换矩阵和所述旋转矩阵的第三关系为:



其中,是的第行、第列元...

【专利技术属性】
技术研发人员:关棒磊余英建孙祥一
申请(专利权)人:中国人民解放军国防科技大学
类型:发明
国别省市:湖南;43

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1