星载立体测绘相机立方镜间姿态标定

介绍了测绘相机立方镜与星敏感器立方镜间坐标系转换关系的标定方法。采用4台自准直经纬仪分别对两个立方镜进行准直测量,建立立方镜坐标系,并推导了基于准直测量角度的立方镜坐标系的旋转矩阵公式;利用经纬仪间短边互瞄方法实现两个立方镜间姿态的传递。标定试验表明,该方法可以标定出两立方镜坐标轴间夹角以及测绘相机间的姿态关系,满足了相机研制要求。

考虑反射镜姿态标定的互补全景图像配准研究

为解决折反射全向成像分辨率低且分布不均匀问题,提出互补结构的全向成像方法,结合全向图内外环的互补特性进行全景图像融合及分辨率增强研究。其中,2幅配对全景图像之间的精确配准是必要前提和基础:首先根据反射镜边沿成像的椭圆边界线对反射镜空间姿态进行标定,基于标定结果将全向图的内环和外环分别展开为2幅校准后的柱面全景图像;然后基于普适最小二乘法求解多项式变换模型,对2幅初步配准的全景图像进行更精确的亚像素级配准。实验结果表明,算法满足图像融合的配准精度要求,并通过融合效果进一步验证算法的有效性。

深度相机与惯性测量单元的相对姿态标定

为解决深度相机和惯性测量单元之间相对姿态难以直接测量的问题,提出一种通过捕捉同一手部运动来构造位移向量继而利用最小二乘法求取两传感器相对姿态的非接触式标定方法.首先描述和分析一类相对位姿时变的深度相机和惯性测量单元的相对姿态标定问题,然后使用深度相机与惯性测量单元同时捕获手部向空间任意方向摆动的运动信息,构造相应的位移向量,进而基于刚体旋转不变性原理建立求解模型,最后使用最小二乘法求取最佳相对姿态,即标定结果.为验证标定方法的准确性和有效性,一方面组织标定解算结果和白噪声仿真数据比对从而得出偏差估计的实验,结果表明标定后相对姿态偏差少于±4°;另一方面使用深度相机和惯性测量单元组成的传感系统对人手臂运动进行捕捉实验,结果表明标定后测得数据方可正确反映人手臂参数.本文所提出的标定方法原理简单、操作方便、无需接触测量或其它辅助标定设备,适用于机器人远程操纵和体感游戏设备等场景相应传感器标定中.

基于EKF的摄像机-IMU相对姿态标定方法

摄像机与惯性传感器之间的相对姿态标定是视觉-惯性混合跟踪器的关键技术之一,是混合跟踪器进行数据融合获得鲁棒姿态输出的前提。提出一种新颖的基于扩展卡尔曼滤波器EKF(Extended Kalman Filter)的摄像机-惯性测量单元IMU(Internal Measurement Unit)相对姿态标定方法。该方法通过构建基于刚体运动学的过程模型和基于摄像机外参数的测量模型,估计摄像机与惯性传感器的相对位置和方向。初步实验结果显示,所提出的标定方法不仅能够标定6 DOF相对姿态,标定操作更简易快速,而且在系统初始误差较大和非线性噪声较大的条件下,该方法仍然能够精确地获得摄像机与IMU之间的相对姿态。

靶标姿态对相机标定误差的影响分析与实验研究

相机标定是机器视觉中的必要步骤,标定效果直接影响后续的测量精度。通过对相机标定外参数矩阵的误差敏感度分析,讨论了靶标姿态对标定精度的影响,提出了一种基于四姿态均匀分布的相机标定方法。总结了合理的靶标姿态角度范围,同时分析了图像数量等因素对标定精度的影响,并通过实验进行了验证,为相机高精度标定提供了有效参考。

基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法

为了解决传统航天器姿态测量方法中存在的误差率高的问题,提出基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法;首先对使用的精密星敏感器进行设计,并将在不影响航天器运行的前提下安装在合适的位置上;通过建立运动坐标系、坐标参数转换和设置姿态参数三个步骤得出航天器运动模型,在该模型下分析出航天器姿态的基本运动规律、利用精密星敏感器识别并选取航天器空间下的任意三个星点,最后综合定位的星点和航天器姿态的运动规律,从不同的角度上确定航天器姿态测量结果,为了提高航天器姿态测量结果的精度进行标定处理;通过模拟实验分析得出结论:与传统测量方法相比,基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法的平均误差率降低了6.0%。

摄影测量技术在机载设备安装位姿标定中的应用研究

针对飞行试验中机载设备安装位姿自动化标定难题,提出一种基于摄影测量技术的双目视觉测量系统。对系统中涉及的双目立体视觉测量技术、视觉测量系统标定技术、图像特征点自动化检测技术等关键技术进行深入研究,提出基于角锥体法与光束法相结合的标定方法。角锥体法为光束法提供计算参数的迭代初值,大大增强了迭代计算的收敛性与稳健性。在经典边缘提取算子的基础上,利用梯度幅值均值法对特征点中心图像坐标进行亚像素求取,同时研究编码点的设计原则与自动化检测方法。试验结果表明,该测量系统可对设备安装进行快速标定,整体精度达到0.05 mm,完全满足测试任务对精度的要求。

多个单目线激光传感器旋转扫描系统高精度标定方法

根据铁路列车大型车轮零件三维尺寸检测的需求,设计了多个线激光传感器旋转三维扫描系统,快速获取车轮的整体三维数据。为了实现多个传感器在转台转动到不同方位时测得数据精确拼合,需要精确标定出各传感器相对世界坐标系的姿态和转台的转轴参数。为此,提出了基于多视平差优化的系统标定方法,方法最大优点是采用平差优化的思想,充分利用了图像数据样本和多视几何约束,对传感器间的姿态参数和旋转轴线进行同时求解,有效保证整体标定精度;同时在迭代优化过程中,标靶上的特征点也参与优化计算,使最终标定结果不受标靶制造误差的影响。

基于矢量差分的未标定摄像机P5P问题的求解

针对PnP问题的方程建立与求解,提出一种基于矢量差分的未标定摄像机P5P问题的线性求解算法,将5个控制点组成非共面的4点集合,按照成像过程,通过两个集合间的控制点矢量差分逐步构建摄像机姿态及相机矩阵的线性约束方程,再依据线性理论与旋转阵R的正交性化简约束方程,利用矢量积运算给出未标定P5P问题摄像机姿态及相机矩阵的解析解,模拟和真实实验都验证了该方法的有效性。

双目立体标定的姿态选择分析

针对基于二维平面靶标的双目标定问题,为提高标定稳定性及标定精度,从单应性矩阵的角度分析了标定姿态的选择对标定结果的影响,提出对标定姿态进行规避的三个性质。三个性质分别指出,避免出现只平移靶标及在靶标平面内旋转靶标的姿态,尽量避免靶标平面与图像成像面平行的姿态。在此基础上,提出了一种五姿态集标定方法。实验结果表明,三个性质应用价值高,有利于保证标定精度;当每个姿态集下拍摄不少于三对图像时,五姿态集标定法能达到较高的标定稳定性与标定精度。

光电经纬仪姿态测量精度室内检测方法

为实现光电经纬仪等靶场光测姿态测量设备测量精度的室内测试和评价,介绍了光电经纬仪对空间轴对称目标的姿态交会测量的原理。利用检测架、平行光管、目标轮廓靶及光源室内模拟不同姿态角的无穷远目标。建立了利用目标特征点的方位角、俯仰角计算目标姿态角的精确数学模型。用高精度经纬仪对目标上的多个特征点进行测量,用最小二乘法按该数学模型对目标姿态进行拟合,得到模拟目标的姿态,经验证该方法的标定精度可达0.05°。以该标定结果为模拟目标姿态的真值,光电经纬仪对同一模拟目标姿态进行动态测量,将测量结果与真值进行比较,可确定光电经纬仪的姿态测量精度。

星敏感器低频误差与陀螺漂移离线校正方法

获取高精度事后姿态数据是提高遥感平台成像质量的必要条件之一,离线处理可有效降低敏感器测量误差,从而获得更高的姿态确定精度。基于滤波的校正方法中,星敏感器低频误差(LFE)与陀螺漂移将产生耦合影响导致校正精度低,本文针对该问题推导了耦合误差的数学模型,并设计了一种两步双向平滑事后处理算法,将陀螺漂移与低频误差分两步校正,通过反复滤波剥离陀螺漂移与低频误差。同时,针对低频误差参数收敛速度慢、噪声参数调节困难的问题,利用一种基于极大似然估计(MLE)的固定窗口自适应双向滤波算法进行处理以获得更好的噪声估计,提高了收敛速度和收敛精度。文中仿真工况下,离线姿态确定精度可达到0.8″(3σ),低频误差参数完全收敛时间不超过4个轨道周期。