[发明专利]一种无人机机载传感器组外参快速标定方法

说明书

本发明公开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。针对无人机机载摄像机‑云台‑里程计传感器组，提出了一种外参数快速标定方法，依托最优化理论设计了外参数优化目标函数，实现了在重建误差平方和指标下的机载摄像机‑云台‑里程计传感器组外参数的最优估计，相比传统的人工辅助方法，在保证一定标定精度的前提下大幅提升了参数标定的效率。

技术领域

本发明涉及无人机机载感知技术领域，具体是一种无人机机载传感器组外参快速标定方法。

背景技术

在无人机飞行过程中，机载传感器是当前无人机感知自身或环境信息的主要设备。当前，摄像机-云台-里程计是构成无人机感知系统的基本传感器组配置，精确获取各传感器坐标系之间的空间位置和姿态转换关系，即标定传感器组外部参数，是融合各传感器数据的必要前提。目前，针对摄像机-里程计系统的外参数标定相关研究较多，而摄像机-云台-里程计系统加入了云台系统，其外参数标定涉及到3个坐标系，相比之下难度更大，迄今研究成果较少。因此，迫切需要设计一种适用于摄像机-云台-里程计系统的外参数快速标定方法。

发明内容

针对上述现有技术中存在的一项或多项不足，本发明提供一种无人机机载传感器组外参快速标定方法，可快速进行机载摄像机-云台-里程计传感器组的外参数标定。

为实现上述目的，本发明提供一种无人机机载传感器组外参快速标定方法，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。

作为上述技术方案的进一步改进，步骤1中，所述原始样本集的采集过程为：

步骤1.1，将无人机围绕地面标靶进行盘旋飞行，并通过机载云台持续运动使得地面标靶始终处于机载摄像机视野中；

步骤1.2，在盘旋过程中，无人机实时记录目标图像、云台姿态以及无人机位姿数据，并按时间戳存储，形成原始样本集。

作为上述技术方案的进一步改进，步骤2中，所述对原始样本集进行优化与人工标注，具体为：

步骤2.1，对原始样本集中的无效样本进行删除，得到优化样本集，其中，无效样本为目标图像中没有标靶的样本；

步骤2.2，人工在优化样本集的样本中标注出标靶的图像位置，即目标图像中标靶矩形框的位置和长宽，从而形成标签数据集。

作为上述技术方案的进一步改进，步骤2中，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Φ^c、云台坐标系Φ^g、云台基座坐标系Φ^g’和里程计坐标系Φ^o；

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Φ^c与云台坐标系Φ^g之间、云台基座坐标系Φ^g’与里程计坐标系Φ^o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