多傳感器平臺相機(jī)激光一體化檢校的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器檢校領(lǐng)域，尤其涉及一種多傳感器系統(tǒng)平臺相機(jī)激光一體化檢校的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的多傳感器系統(tǒng)平臺體積大、集成度低，各分傳感器之間關(guān)聯(lián)度不大，可以直接通過各傳感器分別標(biāo)定，并利用投影法量測距離和角度來滿足確認(rèn)各分傳感器之間相對位姿關(guān)系。這樣檢校標(biāo)定的多傳感器系統(tǒng)平臺廣泛應(yīng)用于航空、地面移動測量中。
[0003]近年來，隨著傳感器設(shè)備小型化的發(fā)展，開始出現(xiàn)高集成化、一體化的多傳感器系統(tǒng)平臺，早期的方法，無法保證一體化系統(tǒng)整體的檢校精度和穩(wěn)定性，同時也非常的費(fèi)時費(fèi)力，不能達(dá)到半自動甚至是全自動的水平。這一情況直接導(dǎo)致在處理現(xiàn)有的多傳感器平臺所采集的數(shù)據(jù)時，各數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)間存在明顯的偏差，需要在后期進(jìn)行糾偏和改正。在這個情況下，有人提出了在室外利用控制點(diǎn)直接對整個系統(tǒng)平臺進(jìn)行檢校。但是，該技術(shù)方案檢校數(shù)學(xué)模型不嚴(yán)謹(jǐn)，將大量隨機(jī)誤差或未知誤差如GPS偏差、室外控制點(diǎn)坐標(biāo)漂移以及環(huán)境因素作為系統(tǒng)誤差進(jìn)行檢校，且缺乏對各分系統(tǒng)的標(biāo)定。因此，現(xiàn)有技術(shù)不能很好的實(shí)現(xiàn)多傳感器平臺，尤其是相機(jī)激光一體化平臺的數(shù)據(jù)采集及處理工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種多傳感器平臺相機(jī)激光一體化檢校的方法，該方法能簡單、精確地進(jìn)行多傳感器一體化平臺的檢校。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:多傳感器平臺相機(jī)激光一體化檢校的方法，包括以下步驟:
(1)在控制場中建立穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，將待檢校一體化設(shè)備安置在轉(zhuǎn)臺上，并連通GPS天線；
(2)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺進(jìn)行360°或180°數(shù)據(jù)采集；所采集的數(shù)據(jù)包括:激光數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、影像同步文件和導(dǎo)航數(shù)據(jù)；
(3)根據(jù)慣性導(dǎo)航的姿態(tài)信息和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺中心的位置信息，建立一體化平臺的位姿信息與GPS時間的對應(yīng)關(guān)系；
所述慣性導(dǎo)航的姿態(tài)信息直接通過MU獲得，將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺中心坐標(biāo)作為平臺坐標(biāo)，可以得到一體化平臺的完整位姿信息；
(4)根據(jù)采集的全景影像，通過初始外參及控制場數(shù)據(jù)檢校相機(jī)精確外參并，得到相機(jī)系統(tǒng)與POS系統(tǒng)的相對位姿信息；
通過影像的后方交會，可以獲得每一張影像的外參，與(3)步獲得的平臺位姿信息結(jié)算，得到相對關(guān)系；
(5)通過控制場檢校激光器姿態(tài)，建立激光器的位姿信息，得到激光器與相機(jī)系統(tǒng)和POS系統(tǒng)的相對位姿信息； (6)綜合以上各相對關(guān)系，以POS系統(tǒng)坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，建立多傳感器一體化系統(tǒng)平臺的檢校參數(shù)成果。
[0006]上述方案中，以GPS系統(tǒng)提供的統(tǒng)一 GPS時間作為時間同步的標(biāo)準(zhǔn)，以達(dá)到各分傳感器之間的數(shù)據(jù)同步。
[0007]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明方法是通過高精度室內(nèi)控制場地理參考及平差模型對多傳感器相機(jī)激光一體化平臺進(jìn)行檢校的方法，它通過將相機(jī)和激光傳感器在統(tǒng)一時間參考下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)測量的方式，保證定位信息的一致性，從而對視準(zhǔn)軸解算方程中的變量進(jìn)行控制，僅保留精度較高的慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)信息，建立嚴(yán)密的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行動態(tài)標(biāo)定，從而實(shí)現(xiàn)多傳感器平臺下相機(jī)激光一體化的檢校標(biāo)定工作。
[0008]本發(fā)明方法簡單，所建立的檢校參數(shù)以POS系統(tǒng)坐標(biāo)為基準(zhǔn)坐標(biāo)，同時可以擴(kuò)展到任意坐標(biāo)系。
【附圖說明】
[0009]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的方法流程圖；
【具體實(shí)施方式】
[0010]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0011]如圖1所示，多傳感器平臺相機(jī)激光一體化檢校的方法，包括以下步驟:
(I)在控制場中建立穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，將待檢校一體化設(shè)備安置在轉(zhuǎn)臺上，并連通GPS天線。在安裝時，為了保證標(biāo)定的精度，一般要求慣性測量單元的軸線與轉(zhuǎn)臺軸線盡量平行且均垂直于水平面。
[0012](2)—體化系統(tǒng)平臺安裝完畢后，開機(jī)初始化，為保證自尋北精度，初始化時間不少于10分鐘。完成初始化后，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；具體旋轉(zhuǎn)速率、旋轉(zhuǎn)角度及控制策略可由本領(lǐng)域技術(shù)人員自行設(shè)定，但是要求數(shù)據(jù)采集完整，且采集過程平穩(wěn)。這里給出一種參考的采集策略:以5° /second角速度勻速旋轉(zhuǎn)180°。這里給出的參考策略所需時間短，數(shù)據(jù)量較小，同時對于激光相機(jī)一體化平臺已滿足360°全方位的數(shù)據(jù)采集要求。以上過程中所采集的數(shù)據(jù)包括:激光數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、同步數(shù)據(jù)、GPS時間數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
[0013](3)根據(jù)慣性導(dǎo)航的姿態(tài)信息和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺中心的位置信息，以旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺中心為坐標(biāo)系中心，以慣性測量單元三坐標(biāo)軸為坐標(biāo)軸建立POS系統(tǒng)坐標(biāo)系作為多傳感器一體化系統(tǒng)平臺的基準(zhǔn)坐標(biāo)系。
[0014](4)根據(jù)采集的單體影像數(shù)據(jù)拼接全景影像，通過初始外參及控制點(diǎn)數(shù)據(jù)根據(jù)后方交會及光束法平差原則進(jìn)行相機(jī)系統(tǒng)的精確外參計算，并通過迭代獲得最優(yōu)成果。
[0015]通過以上模式，可以獲得每一張影像的精確外參信息，從而推導(dǎo)出相機(jī)系統(tǒng)在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和姿態(tài)信息。利用相機(jī)曝光的GPS時間，與(3)步獲得的POS系統(tǒng)坐標(biāo)系信息同步，解算兩個系統(tǒng)坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，可以獲得相機(jī)系統(tǒng)在POS系統(tǒng)坐標(biāo)系下的位姿信息即外參檢校成果。
[0016](5)使用初始給定的近似參數(shù)信息解析動態(tài)采集的激光原始數(shù)據(jù)，獲得三維環(huán)境下的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)；利用自動區(qū)域角點(diǎn)提取算法獲得控制點(diǎn)在激光器系統(tǒng)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。根據(jù)控制點(diǎn)大地坐標(biāo)進(jìn)行基于Bursa-Wolf七參數(shù)模型下的尺度不變旋轉(zhuǎn)變換，通過控制點(diǎn)迭代檢校得到激光器系統(tǒng)在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和姿態(tài)信息。利用激光點(diǎn)對應(yīng)的GPS時間戳進(jìn)行同步，與(3)步獲得的POS系統(tǒng)坐標(biāo)系信息一起，解算兩個系統(tǒng)坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到激光器系統(tǒng)在POS系統(tǒng)坐標(biāo)系下的相對位姿信息即外參檢校成果。
[0017]由GPS系統(tǒng)提供的統(tǒng)一 GPS時間為上述時間同步提供了可能。
[0018]以上檢校成果利用建立POS坐標(biāo)系作為基準(zhǔn)坐標(biāo)系，可以通過適當(dāng)?shù)膭傂猿叨炔蛔冃D(zhuǎn)平移轉(zhuǎn)換變換到任意坐標(biāo)系下。
[0019]應(yīng)當(dāng)理解的是，執(zhí)行各傳感器檢校的順序不同，得到的結(jié)果均能保證標(biāo)定成果的精度一致，屬于等同替換方案，都在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)范圍之內(nèi)。本文中所描述的具體實(shí)施僅僅是對本發(fā)明精神做距離說明。對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，但并不會偏離本發(fā)明的精神或超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種多傳感器平臺相機(jī)激光一體化檢校的方法，包括以下步驟: (1)在控制場中建立穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，將待檢校一體化設(shè)備安置在轉(zhuǎn)臺上，并連通GPS天線； (2)開始后，靜止10分鐘對慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行精確初始化，繞轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)軸以一定速率旋轉(zhuǎn)180°進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；所采集的數(shù)據(jù)包括:激光數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、影像同步文件和導(dǎo)航數(shù)據(jù)； (3)根據(jù)慣性導(dǎo)航的姿態(tài)信息和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺中心的位置信息，建立一體化平臺的位姿信息與GPS時間的對應(yīng)關(guān)系； 所述慣性導(dǎo)航的姿態(tài)信息直接通過MU獲得，將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺中心坐標(biāo)作為平臺坐標(biāo)，可以得到一體化平臺的完整位姿信息； 以旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺中心坐標(biāo)為系統(tǒng)坐標(biāo)系原點(diǎn)，以IMU的三坐標(biāo)軸，正方向不變作為系統(tǒng)坐標(biāo)系三坐標(biāo)軸，建立POS系統(tǒng)三維坐標(biāo)系； (4)根據(jù)采集的全景影像，通過初始外參及控制場數(shù)據(jù)檢校相機(jī)精確外參，得到相機(jī)系統(tǒng)與POS系統(tǒng)坐標(biāo)系的相對位姿信息； (5)通過控制場檢校激光器姿態(tài)，建立激光器的位姿信息，得到激光器與相機(jī)系統(tǒng)和POS系統(tǒng)坐標(biāo)系的相對位姿信息； (6)綜合以上各相對位姿關(guān)系信息，以POS系統(tǒng)三維坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，建立多傳感器一體化系統(tǒng)平臺的檢校參數(shù)成果，完成一體化檢校作業(yè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，于固定式的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上檢校一體化設(shè)備，利用GPS時間同步，一次性采集數(shù)據(jù)，并建立以POS系統(tǒng)坐標(biāo)系為基準(zhǔn)的檢校參數(shù)成果O
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多傳感器平臺相機(jī)激光一體化檢校的方法，其方法步驟為：在控制場中建立穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，將待檢校一體化設(shè)備安置在轉(zhuǎn)臺上，連通GPS天線；旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；將慣導(dǎo)的姿態(tài)信息和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺中心的位置信息聯(lián)利，建立一體化平臺的位姿信息與GPS時間關(guān)系；拼接全景影像，通過初始外參及控制場數(shù)據(jù)檢校相機(jī)精確外參并迭代，利用影像同步文件建立相機(jī)的位姿信息與GPS時間關(guān)系，得到相機(jī)系統(tǒng)與POS系統(tǒng)的相對位姿信息；建立激光器的位姿信息，得到激光器與相機(jī)系統(tǒng)和POS系統(tǒng)的相對位姿信息。本發(fā)明方法能簡單，快速地為多傳感器平臺相機(jī)激光一體化系統(tǒng)進(jìn)行整體檢校，為移動測量系統(tǒng)的一體化、小型化、模塊化創(chuàng)造了條件。
【IPC分類】G01D18-00
【公開號】CN104880215
【申請?zhí)枴緾N201510306856
【發(fā)明人】董岱
【申請人】立得空間信息技術(shù)股份有限公司
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年6月5日