[發(fā)明專利]一種水下相機(jī)-IMU-深度計的空間聯(lián)合標(biāo)定方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210884061.3
• 申請日: 2022-07-26
• 公開（公告）號: CN115330852A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁碩碩;李曄;馬騰;徐碩;夏嘉豪;劉善昌
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G06T7/579
• 分類號: G06T7/579;G06T7/80;G06F17/11;G06F17/16;G01C25/00
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本發(fā)明涉及一種水下相機(jī)?IMU?深度計的空間聯(lián)合標(biāo)定方法，通過傳統(tǒng)視覺圖像特征方法對相機(jī)初始化，獲得相機(jī)位姿和路標(biāo)點(diǎn)信息；利用規(guī)劃運(yùn)動激勵獲得深度計和IMU測量數(shù)據(jù)，同時通過視覺位姿變化的信息約束，對深度數(shù)據(jù)離群點(diǎn)剔除；采用多組有效的相鄰幀間深度信息、視覺信息和IMU預(yù)積分信息，建立手眼標(biāo)定方程組；對方程組進(jìn)行優(yōu)化求解，獲得外參變換初值；將初值加入后端非線性優(yōu)化，并通過空間變換關(guān)系求解外參。本發(fā)明考慮到深度計測量數(shù)據(jù)只發(fā)生在垂直方向，通過運(yùn)動約束，建立偽手眼標(biāo)定方程組，對外參進(jìn)行非線性優(yōu)化，克服了水下相機(jī)?IMU?深度計外參不易獲得，手工機(jī)械測量誤差大的問題，為水下多傳感器融合SLAM提供了準(zhǔn)確的相機(jī)?IMU?深度計外參變換信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器外參標(biāo)定技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種水下相機(jī)-IMU-深度計的空間聯(lián)合標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

智能水下機(jī)器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)已成為人類認(rèn)識海洋、探索海洋的重要工具。視覺同時定位與建圖(Simultaneous Location and Mapping,SLAM)技術(shù)具有高分辨率、低成本、可視性好等優(yōu)勢，是水下定位的不錯選擇，尤其當(dāng)AUV執(zhí)行海底管道、大壩檢查維修，水下溶洞、遺跡勘察等任務(wù)時，視覺SLAM可直觀反應(yīng)環(huán)境信息，更有利于任務(wù)實(shí)施。

由于水下環(huán)境的特殊性，光照不充足、圖像對比度與顏色損失、視野受限等問題突顯，單一的視覺傳感器表現(xiàn)不足，多傳感器融合技術(shù)可分析不同傳感器數(shù)據(jù)，優(yōu)劣互補(bǔ)，更好的適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，提高系統(tǒng)的精確度和魯棒性。慣性測量單元(Inertia MeasurementUnit,IMU)采樣頻率高、自主性好不易受外界干擾；深度計是AUV常配備的傳感器，其可通過水壓測量得到垂直深度值，可有效改善視覺尺度估計問題。多傳感器融合所面臨的首要問題即求解各傳感器外參變化矩陣，目前相機(jī)-IMU外參標(biāo)定方法較為成熟，但深度計與其他傳感器的相對位置估計往往通過手工機(jī)械測量得到，嚴(yán)重影響著定位的準(zhǔn)確性。

申請日為2016年1月11日、申請?zhí)枮镃N201610012754.8、發(fā)明名稱為“一種雙目立體相機(jī)與慣性測量單元相對姿態(tài)標(biāo)定方法”的專利申請，該方法依據(jù)雙目特性，是僅針對一種雙目立體相機(jī)與慣性測量單元的標(biāo)定，應(yīng)用較為局限，并且該方法未涉及外參優(yōu)化。

申請日為2021年5月19日、申請?zhí)枮镃N202110543702.4、發(fā)明名稱為“用于多三維傳感器的外參標(biāo)定方法、裝置和系統(tǒng)”的專利申請，該方法實(shí)現(xiàn)了無需共同視野傳感器標(biāo)定，但其限定了多個標(biāo)定物具有曲面特征且相對位置已知，此外該方法并沒有說明如何進(jìn)行低于三維測量傳感器的標(biāo)定。

申請日為2021年11月22日、申請?zhí)枮镃N202111386454.3、發(fā)明名稱為“一種基于深度學(xué)習(xí)的多傳感器外參聯(lián)合標(biāo)定方法及系統(tǒng)”的專利申請，該方法通過深度學(xué)習(xí)模型對傳感器外參在線標(biāo)定，但其需要預(yù)先收集準(zhǔn)確傳感器信息并對模型訓(xùn)練，并且該方法并未涉及外參實(shí)時優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決水下環(huán)境中深度計與其他傳感器外參標(biāo)定問題，為水下多傳感器融合SLAM提供了準(zhǔn)確的傳感器外參變換信息。

本發(fā)明提出了一種水下相機(jī)-IMU-深度計的空間聯(lián)合標(biāo)定方法，克服了水下外參不易獲得，手工機(jī)械測量誤差大的問題，為水下多傳感器融合SLAM提供了準(zhǔn)確的相機(jī)-IMU-深度計外參變換信息。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括以下步驟：

步驟(1)：獲取多幀水下圖像，利用傳統(tǒng)的視覺里程計算法對相機(jī)進(jìn)行初始化，以獲得各幀相機(jī)位姿和地圖路標(biāo)點(diǎn)信息；若初始化失敗，則刪除所有信息，重新執(zhí)行本步驟；相機(jī)在某時刻初始化成功，執(zhí)行下一步驟。

步驟(2)：在多次規(guī)劃運(yùn)動激勵下，獲取深度計和IMU測量數(shù)據(jù)；同時依據(jù)視覺測量信息將深度計離群點(diǎn)剔除。