[发明专利]一种自动化标定相机里程计系统及方法

权利要求书

1.一种自动化标定相机里程计系统，其特征在于包括图像传感器、里程计传感器、Slam计算模块、标定架及机器人平台；Slam计算模块、图像传感器、里程计传感器即标定架安置在机器人平台上，标定架上装有三块不同角度的标定板。

2.根据权利要求1所述的一种自动化标定相机里程计系统，其特征在于含有在线自动化标定的策略，将内外参标定步骤集成到一个软件程序里面。

3.根据权利要求1所述的一种自动化标定相机里程计系统，其特征在于Slam计算模块、图像传感器、里程计传感器即标定架安置在机器人平台上，标定架上装有三块不同角度的标定板。

4.根据权利要求3所述的一种自动化标定相机里程计系统，其特征在于图像传感器拍摄标定板图像传入Slam计算模块；

Slam计算模块接收图像信息，根据张正友标定法计算出图像传感器的内参矩阵K，

通过相机模型：p＝K[R|t]P；

其中：

p是像点坐标，

P是标定的标定板坐标，

t是相机坐标系和标定板坐标系之间的平移变换，

R是相机坐标系和标定板坐标系之间的旋转变换，

可得：H＝K[R|t]；

H表示的是成像平面和标定板平面之间的单应矩阵，则p＝HP；

设棋盘格所在的平面为世界坐标系中Z＝0的平面，这样棋盘格的任一角点的P的世界坐标为(X,Y,0)，根据小孔相机模型：

其中，s是尺度因子，u、v是特征点的像素坐标，K是相机的内参矩阵，R是旋转矩阵，t是平移向量，X，Y是特征点在世界坐标系x轴和有轴的坐标值，r1是旋转矩阵R的第一列向量，r2是旋转矩阵R的第二列向量，r3是旋转矩阵R的第三列向量，根据平面间的单应性，有：

H＝λK[r₁ r₂ t]

将上面两个等式进行整合，则可以得到单应矩阵H和相机矩阵(包含内参和外参)的相等，如下：

这样就可以使用棋盘平面和成像平面间的单应矩阵来约束相机的内参和外参；

单应矩阵H可以通过棋盘平和成像平面上对应的点计算出来；

判断K计算是否成功：

a.若失败，重新计算K；

b.若成功，启动机器人运行外参标定程序；

机器人启动Slam和里程计进程，并分别各自计算机器人行走里程f(x)、g(x)，比较两个里程计数据，通过BA优化获得最终内参K_p，外参R_p、t_p；

BA优化过程采用信赖域Dog_Leg算法，其过原理如下：

信赖域法实际上是求解一个带约束的优化问题：

要求优化步h限定在一定范围(信赖域Δ)之内，从而保证略去高阶项之后模型足够近似。

5.一种自动化标定相机里程计方法,其特征在于含有以下步骤；以图像传感器获取的客观事物的视觉图像为基础，通过计算机来模拟人的视觉功能，对图像进行识别和理解，进而获取载体的导航信息；视图像传感器即光学相机；将里程计与光学相机连接，形成视觉+里程计组合导航系统，将里程计导航的绝对导航信息与视觉导航的相对导航信息进行融合用于扫地机等轮式机器人。

6.根据权利要求5所述的一种自动化标定相机里程计方法，其特征在于视觉+里程计组合导航系统是建立在相机和里程计安装误差的精密标定基础上的；标定是通过获取传感器参数，并利用这些参数将不同传感器获取的数据统一到一个坐标系下；相机与里程计安装在一起，相机坐标系与里程计坐标系之间存在一个姿态旋转与平移的关系，为相对姿态与相对位置变换。