[发明专利]一种2自由度吊舱的外参标定优化方法

摘要

本发明属于吊舱外参标定技术领域，尤其是涉及一种2自由度吊舱的外参标定优化方法。本发明考虑到吊舱的2个姿态角即俯仰角和偏航角的输出是已知的，同时吊舱和无人机是捷联的，利用无人机自身携带的导航系统提供的无人机姿态和位置信息、地面目标的位置信息以及吊舱自身反馈的姿态信息，通过相关的数值优化方法，可以对吊舱外参进行优化标定。该方法可以对地面目标进行更精确的定位。

主权项

1.一种2自由度吊舱的外参标定优化方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)给定无人机一条标定优化数据采集的飞行航迹，无人机采用盘旋绕圈的模式进行按照给定的飞行轨迹飞行，无人机其吊舱能够实时的跟踪地面目标；地面目标上安装有GPS传感器且地面目标静止不动；实时获取无人机的GPS信息即无人机在世界坐标系中的空间位置Posw＝[xw,yw,zw]、无人机机载坐标系到世界坐标系的旋转矩阵Cbw和吊舱反馈的姿态角(φ,θ,0)；(2)获得地面目标空间位置PosT＝[xT,yT,zT]；(3)假设地面目标中心位置在吊舱中成像位置为(u,v)，根据目标投影原理、步骤(1)中得到的无人机的GPS信息和步骤(1)中得到的吊舱反馈的姿态角，地面目标相对于无人机的距离在世界坐标系中的投影(xw,yw,zw)估计如下:其中为吊舱中的摄像机坐标系到世界坐标系的旋转矩阵；为初始时刻吊舱坐标系到无人机机载坐标系的旋转矩阵，对应的欧拉角为为吊舱坐标系从初始时刻到t_k时刻的旋转矩阵，可以实时获取；为摄像机坐标系与吊舱坐标系的旋转矩阵，这个旋转矩阵是固定不变的，对应的欧拉角为(u₀,v₀)为相机主点坐标；(f_x,f_y)分别为(u,v)方向上对应的有效焦距(u,v)；z_c为目标在光轴的投影；因此需要优化的外参为和(4)定义如下能量函数其中N为采集的数量，无人机在步骤(1)中的飞行采集过程中，检测到地面目标的次数即为采集的数量N，(xw,yw,zw)为估计的目标空间位置，(xT,yT,zT)为步骤(2)中得到的地面目标空间位置；根据公式(1)和公式(2)，采用Matlab中的fminsearch(fun,x0)优化函数来进行外参优化，其中fun为公式(2)，x0为初始输入，包含初始的输入外参姿态角和为吊舱上电时刻的角度输出值，为零向量，最终获得的结果和就是外参姿态标定优化的结果，从而可以利用公式(1)实时的解算地面目标的空间位置。