CN104880215B - 多传感器平台相机激光一体化检校的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多传感器平台相机激光一体化检校的方法，其方法步骤为：在控制场中建立稳定旋转转台，将待检校一体化设备安置在转台上，连通GPS天线；旋转转台，进行数据采集；将惯导的姿态信息和旋转转台中心的位置信息联利，建立一体化平台的位姿信息与GPS时间关系；拼接全景影像，通过初始外参及控制场数据检校相机精确外参并迭代，利用影像同步文件建立相机的位姿信息与GPS时间关系，得到相机系统与POS系统的相对位姿信息；建立激光器的位姿信息，得到激光器与相机系统和POS系统的相对位姿信息。本发明方法能简单，快速地为多传感器平台相机激光一体化系统进行整体检校，为移动测量系统的一体化、小型化、模块化创造了条件。

Description

多传感器平台相机激光一体化检校的方法

技术领域

本发明涉及传感器检校领域，尤其涉及一种多传感器系统平台相机激光一体化检校的方法。

背景技术

传统的多传感器系统平台体积大、集成度低，各分传感器之间关联度不大，可以直接通过各传感器分别标定，并利用投影法量测距离和角度来满足确认各分传感器之间相对位姿关系。这样检校标定的多传感器系统平台广泛应用于航空、地面移动测量中。

近年来，随着传感器设备小型化的发展，开始出现高集成化、一体化的多传感器系统平台，早期的方法，无法保证一体化系统整体的检校精度和稳定性，同时也非常的费时费力，不能达到半自动甚至是全自动的水平。这一情况直接导致在处理现有的多传感器平台所采集的数据时，各数据源数据间存在明显的偏差，需要在后期进行纠偏和改正。在这个情况下，有人提出了在室外利用控制点直接对整个系统平台进行检校。但是，该技术方案检校数学模型不严谨，将大量随机误差或未知误差如GPS偏差、室外控制点坐标漂移以及环境因素作为系统误差进行检校，且缺乏对各分系统的标定。因此，现有技术不能很好的实现多传感器平台，尤其是相机激光一体化平台的数据采集及处理工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种多传感器平台相机激光一体化检校的方法,该方法能简单、精确地进行多传感器一体化平台的检校。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：多传感器平台相机激光一体化检校的方法，包括以下步骤：

（1）在控制场中建立稳定旋转转台，将待检校一体化设备安置在转台上，并连通GPS天线；

（2）旋转转台进行360°或180°数据采集；所采集的数据包括：激光数据、影像数据、影像同步文件和导航数据；

（3）根据惯性导航的姿态信息和旋转转台中心的位置信息，建立一体化平台的位姿信息与GPS时间的对应关系；

所述惯性导航的姿态信息直接通过IMU获得，将旋转转台中心坐标作为平台坐标，可以得到一体化平台的完整位姿信息；

（4）根据采集的全景影像，通过初始外参及控制场数据检校相机精确外参并，得到相机系统与POS系统的相对位姿信息；

通过影像的后方交会，可以获得每一张影像的外参，与（3）步获得的平台位姿信息结算，得到相对关系；

（5）通过控制场检校激光器姿态，建立激光器的位姿信息，得到激光器与相机系统和POS系统的相对位姿信息；

（6）综合以上各相对关系，以POS系统坐标系为基准，建立多传感器一体化系统平台的检校参数成果。

上述方案中，以GPS系统提供的统一GPS时间作为时间同步的标准，以达到各分传感器之间的数据同步。

本发明产生的有益效果是：本发明方法是通过高精度室内控制场地理参考及平差模型对多传感器相机激光一体化平台进行检校的方法，它通过将相机和激光传感器在统一时间参考下进行旋转测量的方式，保证定位信息的一致性，从而对视准轴解算方程中的变量进行控制，仅保留精度较高的惯导系统姿态信息，建立严密的数学模型进行动态标定，从而实现多传感器平台下相机激光一体化的检校标定工作。

本发明方法简单，所建立的检校参数以POS系统坐标为基准坐标，同时可以扩展到任意坐标系。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的方法流程图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，多传感器平台相机激光一体化检校的方法，包括以下步骤：

（1）在控制场中建立稳定旋转转台，将待检校一体化设备安置在转台上，并连通GPS天线。在安装时，为了保证标定的精度，一般要求惯性测量单元的轴线与转台轴线尽量平行且均垂直于水平面。

（2）一体化系统平台安装完毕后，开机初始化，为保证自寻北精度，初始化时间不少于10分钟。完成初始化后，旋转转台进行数据采集；具体旋转速率、旋转角度及控制策略可由本领域技术人员自行设定，但是要求数据采集完整，且采集过程平稳。这里给出一种参考的采集策略：以5°/second角速度匀速旋转180°。这里给出的参考策略所需时间短，数据量较小，同时对于激光相机一体化平台已满足360°全方位的数据采集要求。以上过程中所采集的数据包括：激光数据、影像数据、同步数据、GPS时间数据和导航数据。

（3）根据惯性导航的姿态信息和旋转转台中心的位置信息，以旋转转台中心为坐标系中心，以惯性测量单元三坐标轴为坐标轴建立POS系统坐标系作为多传感器一体化系统平台的基准坐标系。

（4）根据采集的单体影像数据拼接全景影像，通过初始外参及控制点数据根据后方交会及光束法平差原则进行相机系统的精确外参计算，并通过迭代获得最优成果。

通过以上模式，可以获得每一张影像的精确外参信息，从而推导出相机系统在大地坐标系下的坐标和姿态信息。利用相机曝光的GPS时间，与（3）步获得的POS系统坐标系信息同步，解算两个系统坐标系之间的坐标转换关系，可以获得相机系统在POS系统坐标系下的位姿信息即外参检校成果。

（5）使用初始给定的近似参数信息解析动态采集的激光原始数据，获得三维环境下的激光点云数据；利用自动区域角点提取算法获得控制点在激光器系统坐标系下的坐标。根据控制点大地坐标进行基于Bursa-Wolf七参数模型下的尺度不变旋转变换，通过控制点迭代检校得到激光器系统在大地坐标系下的坐标和姿态信息。利用激光点对应的GPS时间戳进行同步，与（3）步获得的POS系统坐标系信息一起，解算两个系统坐标系之间的坐标转换关系，得到激光器系统在POS系统坐标系下的相对位姿信息即外参检校成果。

由GPS系统提供的统一GPS时间为上述时间同步提供了可能。

以上检校成果利用建立POS坐标系作为基准坐标系，可以通过适当的刚性尺度不变旋转平移转换变换到任意坐标系下。

应当理解的是，执行各传感器检校的顺序不同，得到的结果均能保证标定成果的精度一致，属于等同替换方案，都在本发明技术方案保护范围之内。本文中所描述的具体实施仅仅是对本发明精神做距离说明。对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书所定义的范围，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种多传感器平台相机激光一体化检校的方法，包括以下步骤：

（1）在控制场中建立稳定旋转转台，将待检校一体化设备安置在转台上，并连通GPS天线；

（2）开始后，静止10分钟对惯性导航系统进行精确初始化，绕转台旋转轴以一定速率旋转180°进行数据采集；所采集的数据包括：激光数据、影像数据、影像同步文件、GPS时间数据和导航数据；

（3）根据惯性导航的姿态信息和旋转转台中心的位置信息，建立一体化平台的位姿信息与GPS时间的对应关系；

所述惯性导航的姿态信息直接通过IMU获得，将旋转转台中心坐标作为平台坐标，可以得到一体化平台的完整位姿信息；

以旋转转台中心坐标为系统坐标系原点，以IMU的三坐标轴，正方向不变作为系统坐标系三坐标轴，建立POS系统三维坐标系；

（4）根据采集的全景影像，通过初始外参及控制场数据检校相机精确外参，得到相机系统与POS系统坐标系的相对位姿信息；

（5）通过控制场检校激光器姿态，建立激光器的位姿信息，得到激光器与相机系统和POS系统坐标系的相对位姿信息；

（6）综合以上各相对位姿信息，以POS系统三维坐标系为基准，建立多传感器一体化系统平台的检校参数成果，完成一体化检校作业。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，于固定式的稳定旋转转台上检校一体化设备，利用GPS时间同步，一次性采集数据，并建立以POS系统坐标系为基准的检校参数成果。