[發明專利]寬基線可見光相機位姿估計方法

有效

• 申請號: 201410421652.2
• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN104200086B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 張艷寧;楊濤;張曉強;陳挺;余瑞;冉令燕;卓濤
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G01C11/04;G01C21/20;G01C25/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種相機位姿估計方法，特別是用于無人機自主著陸地面引導系統中寬基線可見光相機的位姿估計方法。

背景技術

基于視覺的無人機自主著陸導航是近年來迅速發展起來的新型導航技術，與傳統的基于慣性的和基于GPS的導航技術相比，具有自成體系、不易受干擾、無時間累積誤差、測量精度高等優勢。無人機自主著陸地面引導系統特指測量相機安裝于地面跑道上的引導系統。該系統建立的一個重要工作是對大場景、寬基線條件下的相機內外參數進行精確標定。

文獻“Robust?Multi-View?Camera?Calibration?for?Wide-Baseline?Camera?Networks,WACV,2011:321-328”提出了一種針對寬基線多相機系統的標定方法。該方法首先利用仿射不變圖像特征將各相機拍攝的圖像序列映射至一個統一的坐標系下，然后在映射過的圖像中提取尺度不變圖像特征，最后利用光束平差法(Bundle?Adjustment)對相機參數進行估計。就無人機自主著陸系統而言，基于自然場景的圖像特征的方法會受到天氣、光照等不可預知環境因素的影響，難以直接應用于室外復雜環境中。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種寬基線可見光相機的位姿估計方法。

技術方案

一種寬基線可見光相機位姿估計方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：采用張氏標定法對各個相機進行內參數標定：使用黑白相間的二維棋盤格作為內參數標定靶標，將相機放置于10-15個不同位姿并拍攝靶標，所得圖像作為標定用圖像，在標定用圖像上執行角點檢測，根據單應矩陣H建立角點在標定用圖像和棋盤格的對應關系，對單應矩陣H進行分解并利用向量r₁，r₂的單位正交性對相機的內參數矩陣K進行初始估計，然后用非線性優化方法對K進行精確估計并對相機進行標定：

uv1=HXY1=Kr1r2tXY1]]>

其中u，v為角點的像素坐標，X，Y為角點在棋盤格上的空間坐標，r₁，r₂為棋盤格的位置姿態；

步驟2：計算基準點的在世界坐標系中的坐標：選擇8個基準點設置在跑道上，其中基準點2指向基準點1的方向為Y軸正方向，并以兩基準點的中點定位為無人機的擬定著陸點，即世界坐標系原點，沿跑道方向為X軸，豎直向上為Z軸，坐標系滿足右手坐標規則；在基準點位置放置全站儀的棱鏡，使用全站儀精確測量8個基準點在全站儀坐標系下的坐標，計算全站儀坐標系與世界坐標系在XoY平面的二維旋轉與平移變換，所述的旋轉矩陣R：