多目立体视觉与惯性导航系统及相对位姿参数确定方法技术方案

本申请涉及一种多目立体视觉与惯性导航系统及相对位姿参数确定方法，其中，相对位姿参数确定方法，包括：通过多目立体视觉系统的多个相机获取多个标定点的测量像素坐标，通过惯性导航系统获取多个标定点的测量惯性坐标；使用多个标定点的测量像素坐标，基于多目立体视觉系统的相机畸变系数和深度测量误差约束，确定多个标定点的修正相机坐标；基于惯性导航系统的误差修正多个标定点的测量惯性坐标，得到多个标定点的修正惯性坐标；基于多个标定点的修正惯性坐标和修正相机坐标，确定多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数。其解决了空间点精度分布不均以及惯性导航系统缺乏自主性误差补偿的问题，优化了相对位姿参数的标定结果。

Multi-eye Stereo Vision and Inertial Navigation System and Method for Determining Relative Position and Attitude Parameters

【技术实现步骤摘要】
多目立体视觉与惯性导航系统及相对位姿参数确定方法
本申请涉及多目立体视觉与惯性导航领域，尤其涉及一种多目立体视觉与惯性导航系统及相对位姿参数确定方法。
技术介绍
基于视觉的移动测量系统，是指将多目立体视觉与惯性导航系统刚性固定在移动平台上(包括手持式、背包式、车载式、机载式等形式的移动平台)，进行空间位置信息测量的系统。其整体测量精度的核心是多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数的准确标定。当前，多目立体视觉(Multi-ViewStereoVision，简称为MSV)与惯性导航系统(InertialNavigationSystem,简称为INS)的相对位姿参数标定方法大多采用最小二乘法，采用该方法存在测量精度不均匀和鲁棒性较差的技术问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种多目立体视觉与惯性导航系统及相对位姿参数确定方法。第一方面，本申请提供了一种多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数确定方法，包括：通过多目立体视觉系统的多个相机获取多个标定点的测量像素坐标，通过惯性导航系统获取多个标定点的测量惯性坐标；使用多个标定点的测量像素坐标，基于多目立体视觉系统的相机畸变系数和深度测量误差约束，确定多个标定点的修正相机坐标；基于惯性导航系统的误差修正多个标定点的测量惯性坐标，得到多个标定点的修正惯性坐标；基于多个标定点的修正惯性坐标和修正相机坐标，确定多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数，其中，相对位置参数包括：相机坐标变换到惯性坐标的旋转参数和相机坐标变换到惯性坐标的平移参数。在一些实施例中，相对位姿参数还包括：相机坐标到惯性坐标的比例因子。在一些实施例中，使用多个标定点的测量像素坐标，基于多目立体视觉系统的相机畸变系数和深度测量误差约束，确定多个标定点的修正相机坐标，包括：基于多目立体视觉系统的相机畸变系数修正多个标定点的测量像素坐标，得到多个标定点的修正像素坐标；基于标定点的修正像素坐标确定对应标定点的测量深度信息；基于标定点的深度测量误差约束修正测量深度信息，得到对应标定点的修正深度信息；基于标定点的修正像素坐标和修正深度信息将对应标定点的像素坐标转换为相机坐标，得到多个标定点的修正相机坐标。在一些实施例中，相机畸变系数包括：径向畸变系数、切向畸变系和薄棱镜畸变系数；其中，基于多目立体视觉系统的相机畸变系数修正多个标定点的测量像素坐标，得到多个标定点的修正像素坐标，包括：基于径向畸变系数确定每个标定点的测量像素坐标的径向畸变参数；基于切向畸变系数确定每个标定点的测量像素坐标的切向畸变参数；基于薄棱镜畸变系数确定每个标定点的测量像素坐标的薄棱镜畸变参数；基于标定点的薄棱镜畸变参数、切向畸变参数和径向畸变参数修正对应标定点的测量像素坐标，得到多个标定点的修正像素坐标。在一些实施例中，相机坐标变换到惯性坐标满足如下约束条件：PINS＝λ(R*PMSV+T)，其中，PINS为标定点的修正惯性坐标，PMSV为标定点的修正相机坐标，R为旋转参数，T为平移参数，λ为比例因子；其中，基于多个标定点的修正惯性坐标和修正相机坐标，按照约束条件确定多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数。在一些实施例中，确定比例因子包括：基于多个标定点的修正相机坐标、修正惯性坐标和传感器相对位姿转换关系，通过最小二乘法确定比例因子。在一些实施例中，确定旋转参数包括：基于多个标定点的修正相机坐标和修正惯性坐标，通过四元数法确定空间旋转矩阵；基于空间旋转矩阵的最大特征值对应的特征向量，确定旋转参数。在一些实施例中，确定平移参数包括：基于比例因子和旋转参数，按照约束条件确定平移参数。第二方面，本申请提供了一种多目立体视觉与惯性导航系统，包括：多目立体视觉系统，包括多个相机；惯性导航系统；以及存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序；计算机程序被处理器执行时实现多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数确定方法的步骤。第三方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数确定程序，多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数确定程序被处理器执行时实现多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数确定方法的步骤。本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请实施例提供的该方法，在确定多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数时，纳入了多目立体视觉深度测量误差、相机畸变误差、惯性导航系统误差的影响，解决了空间点精度分布不均以及惯性导航系统缺乏自主性误差补偿的问题，提高了多目立体视觉与惯性导航系统相对位姿参数的标定结果。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的多目立体视觉与惯性导航系统一种实施方式的硬件结构示意图；图2为本申请实施例提供的多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数确定方法一种实施方式的流程图；图3为本申请实施例提供的确定多个标定点的修正相机坐标的方法一种实施方式的流程图；以及图4为本申请实施例提供的修正相机畸变误差的方法一种实施方式的流程图。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本专利技术的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。如图1所示，本专利技术实施例中提供的多目立体视觉与惯性导航系统100包括多目立体视觉系统101和惯性导航系统102。多目立体视觉与惯性导航系统100在基于时间同步的条件下，可提供移动测量平台连续不断的瞬时时刻位置姿态信息。在一些实施例中，多目立体视觉系统101可包括多个相机(图中未示出)，一般地，包括两个及两个以上的相机。惯性导航系统102可包括陀螺仪和加速度传感器(图中未示出)等。本申请实施例中提供的多目立体视觉与惯性导航系统100或者多目立体视觉与惯性导航系统100耦合的设备、装置或系统等可以包括：存储器103、处理器104、以及电源105等部件。存储器103可用于存储软件程序以及各种数据。存储器103可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器103可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。处理器104是控制中心，利用各种接口和线路连接整个可穿戴设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器103内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器103内的数据，执行多目立体视觉与惯性导航系统100的各种功能和处理数据，从而对多目立体视觉与惯性导航系统100进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数确定方法，其特征在于，包括：通过多目立体视觉系统的多个相机获取多个标定点的测量像素坐标，通过惯性导航系统获取所述多个标定点的测量惯性坐标；使用所述多个标定点的测量像素坐标，基于所述多目立体视觉系统的相机畸变系数和深度测量误差约束，确定所述多个标定点的修正相机坐标；基于所述惯性导航系统的误差修正所述多个标定点的所述测量惯性坐标，得到所述多个标定点的修正惯性坐标；基于所述多个标定点的所述修正惯性坐标和所述修正相机坐标，确定所述多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数，其中，所述相对位置参数包括：相机坐标变换到惯性坐标的旋转参数和所述相机坐标变换到惯性坐标的平移参数。

【技术特征摘要】
1.一种多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数确定方法，其特征在于，包括：通过多目立体视觉系统的多个相机获取多个标定点的测量像素坐标，通过惯性导航系统获取所述多个标定点的测量惯性坐标；使用所述多个标定点的测量像素坐标，基于所述多目立体视觉系统的相机畸变系数和深度测量误差约束，确定所述多个标定点的修正相机坐标；基于所述惯性导航系统的误差修正所述多个标定点的所述测量惯性坐标，得到所述多个标定点的修正惯性坐标；基于所述多个标定点的所述修正惯性坐标和所述修正相机坐标，确定所述多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数，其中，所述相对位置参数包括：相机坐标变换到惯性坐标的旋转参数和所述相机坐标变换到惯性坐标的平移参数。2.根据权利要求1所述的多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数确定方法，其特征在于，所述相对位姿参数还包括：所述相机坐标到惯性坐标的比例因子。3.根据权利要求1或2所述的多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数确定方法，其特征在于，使用所述多个标定点的测量像素坐标，基于所述多目立体视觉系统的相机畸变系数和深度测量误差约束，确定所述多个标定点的修正相机坐标，包括：基于所述多目立体视觉系统的相机畸变系数修正所述多个标定点的所述测量像素坐标，得到所述多个标定点的修正像素坐标；基于标定点的修正像素坐标确定对应标定点的测量深度信息；基于标定点的深度测量误差约束修正所述测量深度信息，得到对应标定点的修正深度信息；基于标定点的所述修正像素坐标和所述修正深度信息将对应标定点的像素坐标转换为相机坐标，得到所述多个标定点的修正相机坐标。4.根据权利要求3所述的多目立体视觉与惯性导航系统的相对位姿参数确定方法，其特征在于，所述相机畸变系数包括：径向畸变系数、切向畸变系数和薄棱镜畸变系数；其中，基于所述多目立体视觉系统的相机畸变系数修正所述多个标定点的所述测量像素坐标，得到所述多个标定点的修正像素坐标，包括：基于所述径向畸变系数确定每个标定点的测量像素坐标的径向畸变参数；基于所述切向畸变系数确定每个标定点的测量像素坐标的切向畸变参数；基于所述薄棱镜畸...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱冬炜，李少甫，王来阳，李瑞杰，王彤，许豪，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京,11