[发明专利]摄像头与惯性传感器组合定位定姿系统的标定方法

说明书

技术领域

本发明属于摄像机技术领域，涉及摄像头与惯性传感器组合定位定姿系统的标定技术。

背景技术

摄像头与惯性传感器组合定位定姿系统，一般由一个摄像头与一个惯性传感器组成，其功能是同步提供摄像头的位置和姿态信息，其中惯性传感器用来提供三轴方向角等信息进而辅助摄像头进行定位定姿。此类系统在机器人自主导航、虚拟现实、增强现实等领域有着广泛的应用。

摄像头与惯性传感器组合定位定姿系统涉及世界坐标系、摄像机坐标系、地磁坐标系和惯性传感器坐标系等四个不同的坐标系，其中世界坐标系与地磁坐标系之间的旋转变换关系以及惯性传感器坐标系与摄像机坐标系之间的旋转变换关系是固定不变的。因此如何准确地标定出世界坐标系与地磁坐标系之间的旋转变换关系以及惯性传感器坐标系与摄像机坐标系之间的旋转变换关系是一个非常重要的问题。由于该问题中待标定的参数较多，且中低档惯性传感器输出的三轴方向角(横滚角、俯仰角、航向角)中航向角的精度较低不适合用作精确标定，因此目前文献中几乎没有成熟的摄像头与惯性传感器组合定位定姿系统自动精确标定方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种鲁棒、实用且精度高的摄像头与惯性传感器组合定位定姿系统标定方法。

为实现上述目的，本发明提出的摄像头与惯性传感器组合定位定姿系统标定方法解决技术问题的技术方案包括以下步骤：

步骤S1：标定摄像头的内参数矩阵；

步骤S2：对于一个尺寸已知的标定物从不同角度拍摄多幅图像，同时记录在拍摄每幅图像时惯性传感器输出的横滚角和俯仰角信息；

步骤S3：定义世界坐标系、摄像机坐标系、惯性传感器坐标系和地磁坐标系；

步骤S4：基于每幅图像中标定物的图像信息和空间信息，计算该时刻世界坐标系到摄像机坐标系的旋转矩阵；

步骤S5：将所拍摄图像两两组合生成多个图像对，对于每个图像对建立一个关于惯性传感器坐标系到摄像机坐标系旋转矩阵R_m-c的方程组：

Rw-c,ij×Rm-c×-sinβjsinαjcosβjcosαjcosβj=Rm-c×-sinβisinαicosβicosαicosβi,]]>