[發(fā)明專利]適用于機(jī)器人導(dǎo)航的視覺與衛(wèi)星定位傳感器聯(lián)合校準(zhǔn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310410633.5
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN103438906A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫作雷;張波;黃平平;曾連蓀;朱大奇
• 申請（專利權(quán)）人: 上海海事大學(xué)
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01S19/23
• 代理公司: 上海信好專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31249
• 代理人: 包姝晴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明適用于機(jī)器人導(dǎo)航及普通載體的組合導(dǎo)航領(lǐng)域，特別涉及一種適用于機(jī)器人導(dǎo)航的視覺與衛(wèi)星定位傳感器聯(lián)合校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

例如在機(jī)器人導(dǎo)航及普通載體的組合導(dǎo)航領(lǐng)域中，為了提高導(dǎo)航的精度及在多種環(huán)境中的適應(yīng)性，常常在載體上裝配多種傳感器，但這些傳感器往往無法裝配于空間中的同一點(diǎn)，也就是說多種傳感器的視場不同，因此，如果直接假設(shè)不同的傳感器之間的觀測源于同樣的基準(zhǔn)進(jìn)行坐標(biāo)投影，則會造成最終結(jié)果的全局誤差。因此如何對多種傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)是必須的技術(shù)環(huán)節(jié)。最常見的是如何校準(zhǔn)衛(wèi)星定位傳感器與視覺傳感器中心裝配點(diǎn)不重合的問題。

目前廣泛應(yīng)用的衛(wèi)星定位系統(tǒng)（包括GPS、伽利略、北斗、GLONASS）的中高端的終端接收機(jī)都需要較大的外置天線，這導(dǎo)致天線的裝配無法和視覺傳感器的中心點(diǎn)重合，而衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機(jī)的觀測值（通常都可以轉(zhuǎn)化為經(jīng)度、緯度和高度）通常指其天線的中心點(diǎn)的空間方位。而由于前述裝配上的不吻合，使衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機(jī)的觀測值并不是視覺傳感器中心點(diǎn)的空間位置。但后續(xù)的多傳感器數(shù)據(jù)融合過程中，需要多傳感器的觀測值處于統(tǒng)一的基準(zhǔn)點(diǎn)。也就是說如何能將衛(wèi)星定位傳感器的經(jīng)度、緯度和高度轉(zhuǎn)換為視覺傳感器中心點(diǎn)的經(jīng)度、緯度和高度，基于此才能將后續(xù)由視覺傳感器的觀測轉(zhuǎn)換為與衛(wèi)星定位傳感器統(tǒng)一的基準(zhǔn)上。

但是現(xiàn)有技術(shù)需要復(fù)雜的校驗(yàn)過程，有的甚至需要專門的校驗(yàn)場，因此限制了系統(tǒng)的廣泛適用性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決視覺傳感器和衛(wèi)星定位傳感器的聯(lián)合校準(zhǔn)的問題，提供一種適用于機(jī)器人導(dǎo)航的視覺與衛(wèi)星定位傳感器聯(lián)合校準(zhǔn)方法，能夠在任意時(shí)刻基于衛(wèi)星定位傳感器的輸出經(jīng)度、緯度和高度求取視覺傳感器中心的經(jīng)度、緯度和高度。本發(fā)明所描述的方法的簡單易行，有很強(qiáng)的獨(dú)創(chuàng)性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種適用于機(jī)器人導(dǎo)航的視覺與衛(wèi)星定位傳感器聯(lián)合校準(zhǔn)方法，其包含以下步驟：

第一步，按照特定方式在移動機(jī)器人上裝配視覺傳感器和衛(wèi)星定位傳感器天線，該特定方式是指能確保后續(xù)作業(yè)中衛(wèi)星定位傳感器天線的中心點(diǎn)在視覺傳感器所觀測的每幀圖像中都是可見的裝配方式；

第二步，提取視覺傳感器的前期校正結(jié)果用于后續(xù)步驟；

第三步，測量視覺傳感器與衛(wèi)星定位傳感器天線之間的直線距離；

第四步，使用視覺傳感器采集一幀圖像，獲取衛(wèi)星定位傳感器天線中心點(diǎn)在該幀圖像所對應(yīng)的相面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；

第五步，求取衛(wèi)星定位傳感器天線中心點(diǎn)在相機(jī)中心坐標(biāo)系中的坐標(biāo)的絕對值；

第六步，確定衛(wèi)星定位傳感器天線中心點(diǎn)在相機(jī)中心坐標(biāo)系中的坐標(biāo)的各項(xiàng)的正負(fù)；

第七步，確定相機(jī)中心坐標(biāo)系的原點(diǎn)在等效坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；該等效坐標(biāo)系原點(diǎn)為衛(wèi)星定位傳感器天線中心，該等效坐標(biāo)系坐標(biāo)軸與相機(jī)中心坐標(biāo)系坐標(biāo)軸平行；

所述的第一步至第七步，在移動機(jī)器人作業(yè)之前進(jìn)行一次；

第八步，在移動機(jī)器人作業(yè)過程中的每個(gè)采樣時(shí)刻都要進(jìn)行本步驟；

即，基于每個(gè)采樣時(shí)刻衛(wèi)星定位傳感器測得的經(jīng)度、緯度和高度，求取相機(jī)中心坐標(biāo)系原點(diǎn)的經(jīng)度、緯度和高度：該求取過程中包含基于GPS的地心地固坐標(biāo)系下的大地坐標(biāo)，求得相機(jī)中心點(diǎn)的大地坐標(biāo)；基于本步驟的計(jì)算結(jié)果，將后續(xù)視覺傳感器所有觀測的數(shù)值都轉(zhuǎn)換為地心地固坐標(biāo)系下的大地坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對視覺傳感器和衛(wèi)星定位傳感器的聯(lián)合校準(zhǔn)。

因此，本發(fā)明能夠校準(zhǔn)由于衛(wèi)星定位傳感器與視覺傳感器中心裝配于不同空間點(diǎn)而引起的誤差。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述聯(lián)合校準(zhǔn)方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明示例中視覺傳感器和GPS接收機(jī)天線裝配的側(cè)視示意圖；

圖3是本發(fā)明示例中視覺傳感器和GPS接收機(jī)天線裝配的俯視示意圖；

圖4是本發(fā)明示例中視覺傳感器采集的一幀觀測圖像的示意圖；

圖5是本發(fā)明示例中相面坐標(biāo)系的一個(gè)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了能夠更好地說明問題，這里首先聲明本發(fā)明中涉及的坐標(biāo)系：

地心地固坐標(biāo)系（本發(fā)明中用e代表），為右手坐標(biāo)系。地球球心為原點(diǎn)，x軸指向本初子午線，y軸指向東經(jīng)90度，z軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合，指向北極。根據(jù)表述不同，e下的坐標(biāo)有兩種等效的表達(dá)方式：笛卡爾坐標(biāo)，用(x_e,y_e,z_e)表示；大地坐標(biāo)，用經(jīng)度λ，緯度高度h表示。