[发明专利]一种基于转台基准的惯性视觉相对姿态标定方法

说明书

本发明公开了一种基于转台基准的惯性视觉相对姿态标定方法，包括以下步骤：将标定板安装在转台上；将惯性视觉组合安装在安装平台上，使相机朝向标定板；根据相机的内外参数，获取标定板坐标系与相机坐标系之间的初始旋转矩阵通过转台驱动标定板在预设的平面内、按照多个预设的旋转角度依次旋转，每旋转到一个预设的角度，相机拍摄多张照片；根据拍摄的所有照片，获取转台坐标系与标定板坐标系之间的旋转矩阵对惯性测量单元进行自对准，获取惯组坐标系与地理坐标系之间的旋转矩阵利用转台坐标系与地理坐标系之间的旋转矩阵并结合基于预设的算法，计算并得到惯组坐标系与相机坐标系之间的旋转矩阵

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，具体涉及一种基于转台基准的惯性视觉相对姿态标定方法。

背景技术

随着计算机视觉技术的飞速发展，惯性/视觉融合使用已在机器人、无人机导航、运动捕捉、虚拟现实、增强现实中人体姿态的确定、航天器对接时两个航天器姿态的匹配、景象匹配辅助导航以及姿态基准传递等研究领域中得到了广泛应用。

操作灵活、快速而准确的姿态测量方法具有极大的应用价值，尤其是在航天航空领域，常见的姿态测量方法主要有惯性测量、视觉测量。惯性测量的频率高，其效果取决于惯性测量单元(IMU)的性能，能进行绝对姿态测量，但误差随时间漂移。视觉测量是通过图像上已标定的特征点的二维图像坐标解算出靶标坐标系与摄像机坐标系的位姿关系。视觉测量的测量精度高、结构简单，但测量速度低，且只能进行相对姿态测量。因此，为弥补单一姿态测量方法的不足，将不同传感器组合实现多传感器融合姿态测量正成为一个新的研究热点，同时将惯性测量的绝对信息利用视觉测量进行姿态传递也是一个新的研究方向。

惯性/视觉融合将相机和惯性测量单元固连在一起，通过对来自两者的信号进行融合给出融合后的结果。这个过程中要求对惯性/视觉的相对姿态进行精确标定，因此如何高精度标定视觉相机与惯性传感器之间的相对姿态，是视觉-惯性融合使用的关键技术之一，是进行数据融合获得姿态输出的前提。

常用惯性/视觉相对姿态标定方法中一类是适合小型无人机使用类型的动态标定，因其重量轻(通常几千克)、体积小，因此多采用固定标定板，相机与IMU固连，驱动相机与IMU绕着标定板按照固定轨迹运动，然后利用运动过程中惯导和相机的数据进行数据融合，包括卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波等。

但是对于高精度惯导和相机的融合，因其重量大、通常为几十公斤，加上工装总重量有百公斤级，因此很难使用控制惯性/视觉组合设备绕固定轨迹运动的方式进行标定，只能采用试验室静态的方式进行标定。

采用多静态位置的标定方法，首先把标定板垂直放置，利用相机获得垂直向量，同时利用IMU测量静止状态时的重力加速度方向，进而计算出相机和IMU之间的相对姿态参数，该方法对标定板的垂直度有要求，同时不同构型的静态位置影响较大。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于转台基准的惯性视觉相对姿态标定方法，采用标定板绕惯性视觉组合旋转的方式进行标定，惯性视觉组合处于静止状态，不要求按固定轨迹运行，标定过程易操作、实用新强。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于转台基准的惯性视觉相对姿态标定方法，包括以下步骤：

将标定板安装在转台上；

将惯性视觉组合安装在安装平台上，所述惯性视觉组合包括相机和惯性测量单元，使所述相机朝向所述标定板；

根据所述相机的内外参数，获取标定板坐标系与相机坐标系之间的初始旋转矩阵

通过所述转台驱动所述标定板在预设的平面内、按照多个预设的旋转角度依次旋转，每旋转到一个预设的角度，所述相机拍摄多张照片；

根据拍摄的所有照片，获取转台坐标系与标定板坐标系之间的旋转矩阵