[发明专利]3D获取系统的校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及系统校准领域，尤其涉及一种用于3D获取系统的校准方法。

背景技术

3D获取系统能够方便、快捷、高精度的测量周围环境的三维点云信息和图像信息。通过采集得到的三维点云信息和图像信息，能够建立周围环境的3D彩色模型。得到的3D彩色模型具有广泛的应用范围，如制作普通地图、3D地图、测量测绘和城市管理等。其中大部分的应用都要求相当的精度，而所述3D获取系统主要由深度传感器、图像传感器和位置姿态传感器组成，因此也就要求所述的由深度传感器，图像传感器和位置姿态传感器组成的系统要有相当的精度。由深度传感器，图像传感器和位置姿态传感器组成的系统的精度不仅与各个传感器自身的精度有关，也与各个传感器之间的外参数的精度有关。各个传感器的精度由制造厂商控制，用户无法改变，只能选择不同规格的传感器，但是深度传感器，图像传感器和位置姿态传感器之间的外参数精度能够通过校准提高，从而提高测量的精度。

如果把深度传感器和位置姿态传感器，以及图像传感器和位置姿态传感器分开校准，不仅速度慢、效率低、不方便，而且图像传感器采集的图像信息并不能和深度传感器采集的深度信息恢复出来的点云信息很好的匹配上，因此在一次校准过程中同时校准深度传感器、图像传感器和位置姿态传感器之间的外参数是很有优势的。

在同时校准深度传感器、图像传感器和位置姿态传感器之间的外参数的过程中，由于深度传感器的分辨率有限，每次深度传感器采集恢复出的校准物的点云信息基本都不可能含有相同的点，如果直接用这些不同的点去校准，则校准精度无法保证；同时，由于深度传感器的分辨率有限，深度传感器采集恢复出的校准物的点云信息也不能很好的和图像传感器采集到的校准物的图像信息准确对应起来，因此，本发明提供了一种用于校准深度传感器、图像传感器和位置姿态传感器之间的外参数的方法，用来克服以上难题，达到快速、方便、准确的校准深度传感器、图像传感器和位置姿态传感器之间的外参数的目的。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种快速、方便、准确的3D获取系统的校准方法，提高由深度传感器获取的深度信息与由图像传感器获取的图像信息之间的匹配度，同时提高3D获取系统的测量精度。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种3D获取系统的校准方法，该方法包括以下步骤：

A、沿不同路径对校准物进行多次采集，记录每次采集的深度信息、图像信息以及位置信息和姿态信息；

B、通过校准校准物的三维坐标，得到校准后的深度传感器和位置姿态传感器之间的外参数，以及校准物的准确三维坐标(xl,yl,zl)；

C、通过校准校准物的准确三维坐标(xl,yl,zl)在图像信息中的二维坐标(rl_j,cl_j)和图像信息中的校准物的平面坐标(rc_j,cc_j)，得到校准后的图像传感器和位置姿态传感器的外参数；

所述深度传感器和位置姿态传感器之间的外参数是指深度传感器和位置姿态传感器之间的相对位置和姿态；

所述图像传感器和位置姿态传感器之间的外参数是指图像传感器和位置姿态传感器之间的相对位置和姿态。

所述采集过程中每次采集记录一组深度传感器获取的校准物的深度信息，记录一张或者多张所述图像传感器获取的校准物的图像信息，记录一组所述位置姿态传感器输出的位置信息和姿态信息；共进行N次采集，其中N大于等于2，N次采集一共记录N组所述深度信息，M张图像信息，其中M大于等于3，以及N组位置信息和姿态信息。

所述校准后的深度传感器和位置姿态传感器之间的外参数是通过执行以下步骤得到的：

B1、设定一个深度传感器和位置姿态传感器的外参数；

B2、根据上述设定的深度传感器和位置姿态传感器之间的外参数，融合第i次采集中深度传感器采集得到的深度信息以及位置姿态传感器采集到的位置信息和姿态信息，通过三维坐标变换得到三维点云信息，从三维点云信息中找出校准物的三维坐标(xl_i,yl_i,zl_i)，其中1≤i≤N；

B3、重复步骤B2直到把上述N次采集的数据都处理完，得到N组校准物的三维坐标点；

B4、计算多次采集得到的几组校准物的三维坐标点是否落在一个最优范围内，如果是落在一个最优范围内则执行步骤B5；否则跳至B1，并修改上述设定的深度传感器和位置姿态传感器之间的外参数；