LiDAR标签和栅格占有图结合的LiDAR/IMU空间标定方法

LiDAR和惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)在智能汽车获得了广泛的应用,比如高精度地图构建、车辆实时定位等。两种传感器进行组合测量时,需要知道两者之间的空间关系,包括空间旋转和平移参数。本文提出了一种基于LiDAR标签的自动化LiDAR/IMU空间标定方法。首先分析了LiDAR/IMU标定参数对LiDAR点云拼接的影响,证明了当车辆近似直线运动时,使用概略标定参数即可利用IMU的姿态信息将LiDAR点云转换到轴向近乎一致的坐标系。基于该结论,提出了一种基于IMU姿态约束的LiDAR栅格占有图构建方法,构建高相对精度的点云地图与LiDAR标签的点云进行地图匹配,获得LiDAR标签在图中的位置,相对于单点云帧互匹配方法,提高标签点云匹配的精度和可靠性。然后基于LiDAR标签的已知高精度位置,采用非线性优化方法解算栅格占有图与LiDAR标签的空间转换关系,进而求解LiDAR/IMU的空间标定参数。试验结果表明,利用本文方法获得的标定参数构建的点云地图,可实现厘米级的绝对位置精度,验证了本文方法的正确性和可行性。

一种雷达和摄像机的空间标定方法

多传感器融合技术已经广泛应用在智能汽车环境感知领域中;雷达和摄像机的空间标定是伴随信息实时融合的道路检测技术的基础;结合智能汽车的实际应用,提出了针对激光雷达和摄像机的空间标定方法;通过特制的标定板来获得雷达数据和图像数据,选取激光雷达坐标系作为世界坐标系,通过参数拟合的方法来求取图像坐标系与雷达坐标系的变换关系,进而实现两种传感器的空间配准;该方法只需要标定板就能够完成激光雷达和摄像机的空间标定,标定精度高,实现了多个传感器世界坐标系的统一,避免了后续处理中数据解释的二义性;实验结果表明这种方法简单准确,满足系统要求。

太阳电池空间标定技术初探

随着各种新型空间太阳电池的发展和应用,在地面使用太阳模拟器对AMO标准太阳电池进行标定的方法在理论和实践上都遇到了严重的困难,最能反映其实际使用状态的空间标定成为解决问题的理想方案。国外太阳电池空间标定技术已十分成熟,主要航天国家如美国、欧洲、日本、巴西等都进行了各自的空间标定实验。北京东方计量测试研究所进行了太阳电池空间标定原理样机的研制工作。样机由太阳电池板、数据采集与处理模块、太阳敏感器和温度传感器组成,可同时对32路国产砷化镓多结太阳电池进行短路电流的测量,电流测试的标准不确定度小于0.5%(最佳点)。此项研究将形成标准太阳电池空间标定的完整方案,促进我国新型空间太阳电池的研究和应用。

一种利用全站仪和检校场的相机/惯导空间标定方法

针对视觉/惯性传感器组合导航在自动驾驶、机器人自主定位中,相机/惯导外参数标定精度不高的问题,提出1种利用全站仪和检校场对相机和惯导进行空间标定的方法:采用全站仪测量惯导设备角点,以获得惯导在世界坐标系下的位姿,并采用检校场,估计出相机在世界坐标系下的位姿;然后得到相机与惯导之间的空间关系;最后对多组不同视角下的标定结果进行分析后得出:外参标定的平移参数重复性优于5 mm;旋转参数重复性优于0.5°。实验结果表明,该方法相比于已有的自标定方法,无需进行视觉/惯性里程计的融合解算,也不需要考虑多传感器之间的时间同步问题,更加适用于不同载体上的多传感器组合导航设备。

靶道空间三点法标定与误差分析

为了避免现有激光准直标定系统在激光光斑对准过程中的困难,简化标定系统组成,提高标定效率和标定精度,增强标定系统的场地适应性。利用空间内任意不共线的三点分别在标定坐标系和靶道坐标系下的坐标构造过渡坐标系,得到标定坐标系到靶道坐标系的转换关系。研究标定坐标系下标定点的位置偏差以及靶道坐标系下对应点的测量误差对最终待测点测量误差自协方差的影响,通过雅克比矩阵得到相应的误差模型,导出坐标测量误差均值和方差的表达式。依据向量范数和矩阵范数之间的关系以及Cauchy-Schwarz不等式研究测量误差均值与方差的增益系数的理论上限。通过实弹击发实验,考察三点标定方法的实践效果。研究结果表明:最终测量误差均值向量的模长等于被测点在标定坐标系下均值向量的模长;确定标定坐标系到靶道坐标系转换关系的任意不共线三点之间距离及其包围的面积越大,则测量误差的自协方差增益系数越小;将过渡坐标系原点靠近预计弹道线有利于减小测量误差的自协方差增益系数;取决于测量方法及其误差形式,随着标定坐标系原点远离靶道坐标系原点,与靶道坐标系中三点坐标测量误差相关的被测点测量误差自协方差增益有所不同;基于三点标定方法,使用常见的通用仪器、设备就可以完成标定过程,且经过三点法标定的靶道测量数据质量较高。

声场可视化系统中声像阵列空间关系标定研究

在声场可视化系统中,摄像机与传声器阵列的空间位置及角度的关系不准确将导致声源定位出现误差。而目前对于声场可视化系统中的声像阵列空间关系的研究较少,缺少对声像阵列空间关系的简单有效的标定方法。因此,提出了一种可计算任意位置与姿态的摄像机与传声器阵列之间空间关系的标定方法,可有效消除由传声器阵列与相机的空间关系不匹配导致的声源定位误差。通过对已知声源在多个空间位置的声源定位误差进行最小化处理,利用分步迭代计算的方法,分别计算出摄像机与传声器阵列的空间位置与角度,最终得到声像阵列之间真实的空间位置与角度关系。仿真与实际实验均表明本方法可对任意位置与姿态的摄像机与传声器阵列的空间关系进行准确标定,能有效提高声场可视化系统的声源定位精度。提出的声像阵列空间关系标定方法可应用于各种声场可视化系统中,对提高声场可视化系统的声源定位准确度有着积极的意义。

一种用于结构光三维测量的空间标定方法

提出了一种全空间标定方法,可用于快速高精度的三维测量。液晶屏作为标准平面显示二维光栅以及被投射一维光栅,通过固定在平移台上在测量空间Z方向进行移动,相机抓拍光栅,计算截断相位后,建立截断相位和三维空间的坐标关系。通过改变光栅频率可实现空间尺寸的标定,从而实现全空间的标定。测量时,计算出截断相位,通过查表索引可快速得到物体的空间坐标信息。搭建了标定系统,并用测量实验验证了标定算法的有效性。

一种新型全空间钻孔测斜仪标定算法研究

针对基于磁性传感器的钻孔测斜仪,详细地介绍了应用测斜仪测量钻孔的基本原理,同时分析了系统的误差来源,构建了测斜仪的误差模型,建立了一种新型全空间的测斜仪测量算法的流程和具体的修正方法。实验结果表明:该标定算法倾角误差最大为0.2°,方位角误差小于0.58°,工具面角误差小于0.18°,达到了设计要求,满足工程的需要。

基于二维转台与空间方位角标定装置的电磁轨道发射轴线标定与校准装置设计

针对出射角度误差对电磁轨道发射指向精度产生的影响较大的问题,设计出一套发射轴线标定与校准装置。并从系统构成、总体方案设计与控制系统设计等方面详细介绍了技术方案。可用于二维调姿及设置任务工况、姿态及坐标测量、轴线标定及提供空间方位角坐标基准。对电磁发射指向精度的提高可以提供一定程度上的帮助。

同步微离轴数字全息显微系统的空间失配标定方法

现有的空间失配标定方法受原理限制只能实现像素级的标定精度,且易受环境噪声干扰。本文提出了一种亚像素级的同步微离轴数字全息显微系统的空间失配标定方法。该方法在建模时不仅分析了图像分割导致的横向位置误差,还进一步考虑了传感器倾斜引入的纵向位置误差,并将标定过程归纳为求解非线性多变量优化问题。在本文中,粒子群优化算法因其结构简单、收敛效率高、全局搜索能力强等优势,被用于解决这一优化问题。在标定过程中,建立了基于相位畸变的纯相位波面,并将纯相位波前的均方根误差作为目标函数,以去除噪声对标定精度的影响。仿真结果证明本文方法具有亚像素级精度,实验证明了其在实际系统中的有效性。

毫米波雷达与摄像头单应性变换标定方法误差因素分析

目前在交通监测领域中毫米波雷达和摄像头已经被大量使用,传感器融合可以弥补单一传感器的劣势,做到优势互补,两者融合需要标定出传感器间的空间转换关系。对于毫米波雷达与摄像头空间转换关系已有文章提出一种基于单应性变换原理的交通监测毫米波雷达与摄像头标定方法,该方法只需提取交通监测场景中目标在两传感器中对应的坐标点对就能解算出传感器间的转换关系。相比传统方法对摄像头内参数、传感器自身以及传感器之间的旋转角度等参数进行标定,该方法更加简洁有效,可以更高效的解决坐标转换问题,但目前还缺乏对影响单应性标定方法误差因素的分析。针对这一问题,文中将通过实验对单应性标定方法中特征点空间分布以及数量对于标定精确度的影响进行研究并给出合适的标定方案。

基于三维视觉的小型室内空间合理设计

为了满足人们多样、复杂、多变的居住需求与审美需求,对三维视觉的小型室内空间进行合理化设计,提出一种基于三维视觉的小型室内空间合理设计方法。首先,进行三维视觉的小型室内空间标定,获取成像平面与三维点间的相对应关系,为小型室内的布局规划打下基础。利用可透视成像模型实现三维可视化呈现室内空间。其次,对小型室内空间的坐标点进行重建,进行空间可见光空间图像的仿真,开展地面模拟空间成像实验。实验结果表明,所提设计方法具有更高的合理性,可满足人们复杂多样的居住需求,具有很好的应用性,为后续的相关研究提供了理论基础。

激光测距传感器光束矢向和零点位置标定方法

激光测距传感器常用于飞机壁板法向检测。为了解决激光测距传感器加工和安装误差导致的法向检测精度下降问题,提出和实施了一种利用几何数学模型和最小二乘法进行激光测距传感器光束矢向和零点位置标定的方法。首先,利用角度标定理论获取激光束与主轴进给方向的夹角。然后,借助激光跟踪仪建立坐标系,根据激光测距传感器射在与电主轴进给方向成不同夹角的平面上的测量值,利用几何数学模型计算出各激光点之间的相对坐标,运用最小二乘法拟合出激光束的空间方程,进而得到光束矢向和零点位置。最后,在航空制孔机器人平台上进行标定实验,并且根据标定结果进行了实验验证。实验结果证明:该方法能够较为准确地标定出激光测距传感器的光束矢向和零点位置,可使法向检测精度在0.18°内。

用于图像分类的空间特征重校准DenseNet

图像中包含的不同类型的信息对分类精度有不同程度的贡献,但是现有的卷积神经网络(CNNs)缺乏对不同类型信息的描述能力。为了提高CNNs对不同类型信息的感知能力并捕获更重要的特征,本文提出将一种在空间上采用注意力机制的空间特征重新校准模块(SFRM)作为辅助模块嵌入到DenseNet网络的密集连接块中。基于这种新型的密集连接块,本文提出了一种名为SFRM-DenseNet的网络。大量实验证明SFRM可以提高DenseNet网络的图像分类性能。具体而言,SFRM-DenseNet网络在CIFAR-10和CIFAR-100数据集上实现的图像分类错误率均低于DenseNet网络ResNet等著名网络。

3D激光表达控制产品设计与实现

对于复杂异形锻造产品的设计,现有设计方法在局部几何端面的细节表达方面效果不佳,整体设计耗时长,模型的总体精度也不能满足设计要求。提出一种基于3D激光表达的机动车底盘控制系统羊角连接设计方法,构建3D激光表达模型,利用激光束对产品进行空间扫描,提取产品表面的3D激光点云数据集合;基于融合阴影恢复技术对产品表面阴影区域梯度变化较大的特征点进行精确测量,按照提取的三维空间坐标对羊角连接的空间标定点进行精确配准,提高产品的设计精度。实验表明基于3D激光表达控制产品设计对比传统设计方法,可以大幅提高产品精度、减少设计耗时、产品的整体性更好。

复杂小断块圈闭识别描述方法——以苏北盆地为例

复杂小断块的勘探一直是东部老油区难点之一,针对苏北盆地复杂小断块构造的地表和地下特点,采用处理解释一体化研究思路,有针对性应用全三维处理方法,提高复杂小断块的成像效果。以苏北盆地高邮凹陷为例,构造解释中以精细断层解释为突破口,开展构造样式研究,以模式指导复杂的构造解剖,并应用三维空间综合层位标定、相干体、三维可视化、变速成图等全三维解释方法,提高复杂小断块的圈闭识别和描述精度,并在实际应用中取得较好的效果。

粒子场同轴全息中4f光学透镜组与单透镜的区别

采用单透镜型的传像系统研究分析了在同轴粒子场全息诊断中4f透镜组的特有作用(即4f光学透镜组的放大率对每个位置的粒子均为同一常数)是否为4f透镜组特有。实验结果表明,在记录面与透镜的位置相对固定的前提下,采用单透镜型光学系统记录的全息图同样可以用平面波进行高精度再现,而且其放大率与记录对象的物距无关。故在粒子场同轴全息诊断中4f的上述优势并非4f特有,即采用单透镜型成像系统进行粒子场记录时无须使用不同的再现或粒子尺寸标定方法。

光栅投影式三维肖像测量的关键技术

提出了一种在光栅投影式三维肖像测量系统中光栅投影平面的标定方法,讨论了该方法在应用中需要注意的问题。根据光栅投影式测量系统所获取的三维点群的特点,提出了基于线状分布的对三维测量点群进行曲面重建的方法,在对人物肖像的拟合应用中,既可确保所生成的三角形片形状良好,又可避免三维点的遗漏、曲面裂缝或形成孔洞,生成的三角片所逼近的人物肖像具有很好的连续性和光顺性。