[发明专利]一种相机惯导系统的标定方法和装置

权利要求书

1.一种相机惯导系统的标定方法，其特征在于，包括：

根据一系列离散的相机位姿，生成相机的样条轨迹曲线；

基于所述样条轨迹曲线，并根据惯导的时间戳，确定一系列相机角速度计算值；

将相机和惯导之间的安装角作为待优化变量，根据所述相机角速度计算值和惯导角速度观测值，构建角速度对应的初始残差函数；

对所述初始残差函数进行优化，确定相机和惯导之间的安装角；

根据所述安装角和所述一系列离散的相机位姿，并采用多项式插值法生成惯导的运动轨迹；

将所述惯导的运动轨迹上的各个位姿点，作为目标优化变量，并构建各目标优化变量对应的目标残差函数；

通过对所述目标残差函数进行优化处理，得到各目标优化变量对应的参数值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标优化变量包括相机和惯导间的杆臂值；

相应的，所述构建各目标优化变量对应的残差函数包括：

基于所述惯导的运动轨迹，并按照相机所采集图像数据的时间戳，获取惯导位姿；

根据所述安装角，将所述惯导位姿转化为相机位姿；

根据所述相机位姿以及所述图像数据中像素坐标的观测值，构建以相机和惯导间的杆臂作为目标优化变量的重投影残差函数；

相应的，通过对所述目标残差函数进行优化处理，得到各目标优化变量对应的参数值，包括：

基于非线性优化算法对所述重投影残差函数进行优化，确定相机和惯导间的杆臂值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标优化变量包括：相机和惯导间的时间偏差、重力项、惯导中加速度计的刻度偏差和错位偏差；

相应的，所述构建各目标优化变量对应的残差函数包括：

基于所述惯导的运动轨迹确定惯导中加速度计的计算值，并结合加速度计的观测值构建各目标优化变量对应的加速度残差函数；

相应的，通过对所述目标残差函数进行优化处理，得到各目标优化变量对应的参数值，包括：

基于非线性优化算法对所述加速度残差函数进行优化，得到相机和惯导间的时间偏差、重力项、惯导中加速度计的刻度偏差和错位偏差分别对应的参数值；

其中，相机和惯导间的时间偏差的先验值是通过构建惯导角速度的自相关函数来确定的。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标优化变量包括：对所述目标残差函数进行优化后得到的相机和惯导间的安装角、惯导中陀螺仪的刻度偏差和错位偏差；

相应的，所述构建各目标优化变量对应的残差函数包括：

基于所述惯导的运动轨迹确定惯导中陀螺仪的角速度计算值，并根据陀螺仪的角速度观测值构建以相机和惯导间的安装角、惯导中陀螺仪的刻度偏差和错位偏差为目标优化变量的角速度残差函数；

相应的，通过对所述目标残差函数进行优化处理，得到各目标优化变量对应的参数值，包括：

基于非线性优化算法对所述角速度残差函数进行优化，得到相机和惯导间的目标安装角、惯导中陀螺仪的刻度偏差和错位偏差分别对应的参数值。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述构建以相机和惯导间的杆臂作为目标优化变量的重投影残差函数，包括：

按照如下公式构建重投影残差函数：

其中，t_k为相机所采集图像数据的时间戳；t_d为相机和惯导间的时间偏差；P_w为世界坐标系中目标角点的空间坐标，d为卷帘快门逐行曝光的时间延迟，T_cw为世界坐标系相对于相机坐标系的相对变换矩阵，K为相机的内参矩阵，[u_kv_k]^T为图像上的像素观测坐标数值。