[发明专利]一种无人机机载传感器组外参快速标定方法

权利要求书

1.一种无人机机载传感器组外参快速标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，采集原始样本集；

步骤2，对原始样本集进行优化与人工标注，得到标签样本集；

步骤3，建立传感器组外参的优化目标函数，并基于标签样本集对传感器组外参进行迭代优化，得到精确的传感器组外参；

所述建立传感器组外参的优化目标函数，具体为：

无人机机载传感器组包括机载摄像机-云台-里程计，其具体涉及摄像机坐标系云台坐标系云台基座坐标系和里程计坐标系

云台与云台基座坐标系之间的关系可直接由云台自带陀螺仪获取，因此，可以将无人机机载传感器组的外参数标定问题转化为摄像机坐标系与云台坐标系之间、云台基座坐标系与里程计坐标系之间的转换关系求解，等价为估计以下两组欧拉角以及平移向量

式中，θ和ψ分别表示两个坐标系之间的滚转角、俯仰角和偏航角，共同构成欧拉角Eu，具体坐标系由上标和下标指代；x、y和z分别表示两个坐标系之间平移向量t在X、Y和Z轴方向的分量，具体坐标系由上标和下标指代；

根据无人机机载传感器组设计的硬件架构，坐标系原点之间的距离均处于厘米级，无人机应用场景中目标的运动范围和速度皆处于米级，因此，无人机机载传感器组的外参数中的平移向量部分可通过机械安装参数进行粗略估计，即无人机机载传感器组的外参数的标定工作将简化为对如下所示的两组欧拉角的标定：

进而采用地面标靶的重建误差平方和作为传感器组外参的优化目标函数：

式中，表示目标函数，m表示标签样本集中的样本数量，P_t^w为标靶在世界坐标系的真实位置；(x_j^w，y_j^w，z_j^w)表示通过标靶图像位置标签求解的标靶绝对位置；

所述标靶绝对位置(x_j^w，y_j^w，z_j^w)的获取过程为：

对于标签样本集中的第j个样本，标靶位于图像位置(u_j，v_j)；根据相似三角形原理，存在如下关系：

式中，f、d_x、d_y、c_x和c_y均为摄像机内参数，(x_j^c，y_j^c，z_j^c)表示标靶在摄像机坐标系中的位置；

根据摄像机-云台的安装参数可粗略获得部分外参数，其中，包括坐标系同之间的平移向量结合标靶在世界坐标系的真实位置P_t^w，可推知标靶位于载体里程计坐标系的位置P_t^o：

式中，T表示两个坐标系之间的齐次转换矩阵，由上标和下标分别指代两个坐标系，其具体形式如下：

式中，R_3x3表示旋转矩阵，可由欧拉角唯一确定，t_3x1表示平移向量；

由此可知标靶同云台基座的物理距离

由于摄像机距离云台基座较近，故：

得到标靶在摄像机坐标系中的位置(x_j^c，y_j^c，z_j^c)，从而得到标靶绝对位置(x_j^w，y_j^w，z_j^w)，为：

其中，和由无人机机载传感器组的外参数决定：