[发明专利]一种高精度的相机-单激光仪联合标定方法

说明书

本发明提供一种高精度的相机‑单激光仪联合标定方法，重点包括以下：结合基于局部效应的亚像元边缘定位方法对激光光斑进行质心提取；根据相机镜头畸变原理提出了删除边缘行、列棋盘格特征点的方法，提高了相机标定精度；将棋盘格平面角点重投影误差结合激光测距差值组成综合能量判据，对像片进行了筛选，利用筛选后的图片重新标定，提高了相机‑单激光仪互标定精度。本发明提供的有益效果是：对现有的相机‑单激光仪互标定方法进行了改进，提出了一种高精度的相机‑单激光仪互标定方法，该方法能够有效应用于小行星三维重建，并提高重建精度。

技术领域

本发明涉及三维重建领域，尤其涉及一种高精度的相机-单激光仪联合标定 方法。

背景技术

近年来,世界各国掀起太阳系深空探测的热潮,先后对月球、火星、小行星等 太阳系天体进行了全方位、多手段的探测,深入研究各天体的地质特性和所处的 空间环境,探索行星系统的形成和演化历史,寻求解决太阳系起源和生命起源的 最基本问题。

重建小行星表面三维模型是小行星质量、体积、惯性轴以及引力场模型的确 定依据，同时也是探测器登陆小行星必不可少的关键数据。运用多种传感器集 成对小行星进行探测是当前的主流方式，可以极大提升对小行星探测的效率。

目前卫星上常搭载不同类型的传感器相互配合工作。如光学相机成像传感 器、激光传感器等。光学成像传感器具有大范围、低功率、高分辨率的优势， 故常被运用于深空探测中。小行星表面三维模型可以通过卫星搭载的光学相机 在不同位姿条件下拍摄的多张像片进行三维重建获得。光学相机标定是整个图 像处理及后续像片三维重建的基础，标定过程中获得相机的内部参数与外部参 数，可以将三维世界坐标信息和平面图像坐标信息联合起来。标定的正确与否 将会直接影响后续建模结果的精度。

一维激光测距仪因其小型、轻量的优势非常适合小行星探测器携带，因此研 究小行星探测器中相机和激光测距仪的联合标定并提供一种简便的标定方法， 非常具有价值。然而，在相机-激光仪互定标的过程中存在着许多有待解决的问 题，主要如下：

(1)激光光斑过大难以确定光斑质心位置；

(2)互定标结果中激光发射口相对相机光心的位置存在解算不一致的问 题；

(3)相机镜头畸变引起棋盘格角点坐标位置偏移，若不加约束则会影响最 终相机定标结果。

以上问题的存在，影响着相机和激光测距仪的联合标定的精度，并最终影响 了小行星等天体表面的三维重建精度。

发明内容

有鉴于此，本发明针对上述问题提供了一种高精度的相机-单激光仪联合标定 方法；首先完成了组合传感器系统的互定标，并在原有的传感器标定方法上加 以改进，提出了精度更高的标定方法。之后根据组合传感器系统获取的影像及 测距信息对小行星表面进行了三维重建工作，以此模拟对小行星探测的过程。

本发明提供了一种高精度的相机-单激光仪联合标定方法，包括以下：

S101：固定相机和激光仪的相对位姿关系，并打开相机和激光仪；

S102：保持单激光仪的激光束落在棋盘格，并通过相机采集不同姿态的棋盘 格图片，得到标定图片集；

S103：根据采集到的标定图片集，利用张正友标定法，求解得到相机的内参 数、外参数和相机标定的平均重投影误差RMSE；

S104：采用基于局部效应的亚像素元边缘提取方法得到激光束投影至棋盘格 的激光点边缘范围；

S105：根据所述激光点边缘范围计算得到激光点像素级几何中心；

S106：根据所述激光点边缘范围计算得到激光点像素级几何中心和步骤S103 中所述的相机的内参数、外参数，计算得到激光测距信息；