[发明专利]宽基线可见光相机位姿估计方法

摘要

本发明涉及一种宽基线可见光相机位姿估计方法，首先利用张氏标定法，通过平面标定板完成相机内参的标定；而后在着陆跑道上各相机公共视野区域选定八个基准点，利用全站仪离线精确测量基准点的世界坐标；进行标定时在基准点位置放置合作标志灯，通过检测合作标志灯精确计算各相机的位姿。该方法考虑到了无人机着陆场景中的复杂自然场景特点以及可见光相机本身的物理感光特性，设计使用强光手电作为可见光相机的合作标志灯；在着陆跑道上设置了8个基准点并利用全站仪对对基准点的空间坐标进行10‑6m级的空间精度测量。标定结果精确，图像上的重投影误差达到0.5像素以下。

主权项

一种宽基线可见光相机位姿估计方法，其特征在于步骤如下：步骤1：采用张氏标定法对各个相机进行内参数标定：使用黑白相间的二维棋盘格作为内参数标定靶标，将相机放置于10‑15个不同位姿并拍摄靶标，所得图像作为标定用图像，在标定用图像上执行角点检测，根据单应矩阵H建立角点在标定用图像和棋盘格的对应关系，对单应矩阵H进行分解并利用向量r1，r2的单位正交性对相机的内参数矩阵K进行初始估计，然后用非线性优化方法对K进行精确估计并对相机进行标定：uv1=HXY1=K[r1r2t]XY1]]>其中u，v为角点的像素坐标，X，Y为角点在棋盘格上的空间坐标，r1，r2，t为棋盘格的位置姿态；步骤2：计算基准点的在世界坐标系中的坐标：选择8个基准点设置在跑道上，其中基准点2指向基准点1的方向为Y轴正方向，并以两基准点的中点定位为无人机的拟定着陆点，即世界坐标系原点，沿跑道方向为X轴，竖直向上为Z轴，坐标系满足右手坐标规则；在基准点位置放置全站仪的棱镜，使用全站仪精确测量8个基准点在全站仪坐标系下的坐标，计算全站仪坐标系与世界坐标系在XoY平面的二维旋转与平移变换，所述的二维旋转使用的旋转矩阵R：R=cos(θ)sin(θ)-sin(θ)cos(θ)]]>θ=arccos(p21pY||pY||)]]>其中p21为l21的方向向量，pY为世界坐标系Y轴方向的方向向量，θ为旋转的角度；所述的平移变换使用的平移向量T：T=-X1+X22-Y1+Y220]]>其中为基准点1的在全站仪坐标系下的坐标，为基准点2在全站仪坐标系下的坐标；步骤3：获取基准点的图像坐标：在8个基准点处放置合作标志灯，利用可见光相机对合作标志灯进行拍摄并采用手工选点的方式获取基准点的图像坐标；步骤4：利用DLT算法计算基准点平面与摄像机成像平面之间的单应矩阵H，将单应矩阵H分解为旋转矩阵R和平移向量T，通过Levenberg‑Marquardt优化算法求取R和T的精确值。