CN111551191B - 传感器外参数标定方法及装置、电子设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种传感器外参数标定方法及装置、电子设备和存储介质，所述方法包括：获取视觉传感器采样得到的图像数据，以及获取惯性传感器采样得到的惯性数据；根据所述图像数据，确定所述视觉传感器在所述图像数据中相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位姿；根据所述惯性数据，确定所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对位姿；根据所述第一相对位姿和所述第二相对位姿，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。本公开实施例可以快速准确地对视觉传感器和惯性传感器之间的外参数进行标定。

Description

传感器外参数标定方法及装置、电子设备和存储介质

技术领域

本公开涉及计算机视觉技术领域，尤其涉及一种传感器外参数标定方法及装置、电子设备和存储介质。

背景技术

视觉传感器与惯性传感器之间的外参数标定技术是目前多传感器融合的重要组成部分，例如，视觉惯性里程计、同步建图，以及定位技术的重要组成部分。由于视觉传感器与惯性传感器在空间中是两个分离的传感器设备，因此，二者在空间上存在旋转和平移的变换关系。在数据采集过程中，由于不同传感器的采集频率和存储时延等原因，所采集的数据在时间上往往不同步，存在时间偏移。视觉传感器与惯性传感器之间这些不一致的部分即为视觉传感器与惯性传感器之间的外参数。为了对视觉传感器与惯性传感器进行空间维度和时间维度的同步，需要对视觉传感器与惯性传感器之间的外参数进行准确标定。

发明内容

本公开提出了一种传感器外参数标定方法及装置、电子设备和存储介质技术方案。

根据本公开的一方面，提供了一种传感器外参数标定方法，包括：获取视觉传感器采样得到的图像数据，以及获取惯性传感器采样得到的惯性数据；根据所述图像数据，确定所述视觉传感器在所述图像数据中相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位姿；根据所述惯性数据，确定所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对位姿；根据所述第一相对位姿和所述第二相对位姿，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述图像数据，确定所述视觉传感器在所述图像数据中相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位姿，包括：确定所述视觉传感器在所述图像数据中每帧图像的采样时刻的位姿；根据所述视觉传感器在每帧图像的采样时刻的位姿，确定所述第一相对位姿。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述惯性数据，确定所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对位姿，包括：通过对相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的所述惯性数据进行积分，确定所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第三相对位姿；根据所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的初始时间偏移参数和所述第三相对位姿，确定所述第二相对位姿。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述第一相对位姿和所述第二相对位姿，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数，包括：通过最小化所述第一相对位姿和所述第二相对位姿之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

在一种可能的实现方式中，所述第一相对位姿包括所述视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位置，所述第二相对位姿包括所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对位置；所述通过最小化所述第一相对位姿和所述第二相对位姿之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数，包括：通过最小化所述第一相对位置和所述第二相对位置之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

在一种可能的实现方式中，所述第一相对位姿包括所述视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对旋转信息，所述第二相对位姿包括所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对旋转信息；所述通过最小化所述第一相对位姿和所述第二相对位姿之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数，包括：通过最小化所述第一相对旋转信息和所述第二相对旋转信息之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：根据所述第一相对位姿，确定所述视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对速度；根据所述第二相对位姿，确定所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对速度。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述第一相对位姿和所述第二相对位姿，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数，包括：通过最小化所述第一相对速度和所述第二相对速度之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

在一种可能的实现方式中，所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数包括下述至少之一：所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的平移参数、所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的旋转参数、所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的时间偏移参数、所述惯性传感器对应的加速度计零偏参数，以及所述惯性传感器对应的陀螺仪零偏参数。

根据本公开的一方面，提供了一种传感器外参数标定装置，包括：获取模块，用于获取视觉传感器采样得到的图像数据，以及获取惯性传感器采样得到的惯性数据；第一确定模块，用于根据所述图像数据，确定所述视觉传感器在所述图像数据中相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位姿；第二确定模块，用于根据所述惯性数据，确定所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对位姿；外参数标定模块，用于根据所述第一相对位姿和所述第二相对位姿，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

在一种可能的实现方式中，所述第一确定模块，包括：第一确定子模块，用于确定所述视觉传感器在所述图像数据中每帧图像的采样时刻的位姿；第二确定子模块，用于根据所述视觉传感器在每帧图像的采样时刻的位姿，确定所述第一相对位姿。

在一种可能的实现方式中，所述第二确定模块，包括：第三确定子模块，用于通过对相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的所述惯性数据进行积分，确定所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第三相对位姿；第四确定子模块，用于根据所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的初始时间偏移参数和所述第三相对位姿，确定所述第二相对位姿。

在一种可能的实现方式中，所述外参数标定模块用于：通过最小化所述第一相对位姿和所述第二相对位姿之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

在一种可能的实现方式中，所述第一相对位姿包括所述视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位置，所述第二相对位姿包括所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对位置；所述外参数标定模块用于：通过最小化所述第一相对位置和所述第二相对位置之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

在一种可能的实现方式中，所述第一相对位姿包括所述视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对旋转信息，所述第二相对位姿包括所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对旋转信息；所述外参数标定模块用于：通过最小化所述第一相对旋转信息和所述第二相对旋转信息之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：第三确定模块，用于根据所述第一相对位姿，确定所述视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对速度；第四确定模块，用于根据所述第二相对位姿，确定所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对速度。

在一种可能的实现方式中，所述外参数标定模块用于：通过最小化所述第一相对速度和所述第二相对速度之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

在一种可能的实现方式中，所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数包括下述至少之一：所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的平移参数、所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的旋转参数、所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的时间偏移参数、所述惯性传感器对应的加速度计零偏参数，以及所述惯性传感器对应的陀螺仪零偏参数。

根据本公开的一方面，提供了一种电子设备，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行上述方法。

根据本公开的一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述方法。

在本公开实施例中，根据视觉传感器采样得到的图像数据，确定视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位姿，以及根据惯性传感器采样得到的惯性数据，确定惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对位姿，可以根据第一相对位姿和第二相对位姿，利用视觉传感器和惯性传感器在运动中相对位姿变化的一致性，可以快速准确地对视觉传感器和惯性传感器之间的外参数进行标定。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于说明本公开的技术方案。

图1示出根据本公开实施例的传感器外参数标定方法的流程图；

图2示出根据本公开实施例的标定板的示意图；

图3示出根据本公开实施例的视觉传感器获取得到的图像数据和惯性传感器获取得到的惯性数据的示意图；

图4示出根据本公开实施例的传感器外参数标定装置的框图；

图5示出根据本公开实施例的一种电子设备的框图；

图6示出根据本公开实施例的一种电子设备的框图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。

另外，为了更好地说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1示出根据本公开实施例的传感器外参数标定方法的流程图。如图1所示的传感器外参数标定方法可以由终端设备或其它处理设备执行，其中，终端设备可以为用户设备(User Equipment，UE)、移动设备、用户终端、终端、蜂窝电话、无绳电话、个人数字处理(Personal Digital Assistant，PDA)、手持设备、计算设备、车载设备、可穿戴设备等。其它处理设备可为服务器或云端服务器等。在一些可能的实现方式中，该传感器外参数标定方法可以通过处理器调用存储器中存储的计算机可读指令的方式来实现。如图1所示，该方法可以包括：

在步骤S11中，获取视觉传感器采样得到的图像数据，以及获取惯性传感器采样得到的惯性数据。

视觉传感器(例如，图像传感器、相机)和惯性传感器(例如，惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU))是集成在一体化传感器(例如，视觉惯性里程计)中的两个不同的传感器，一体化传感器接收触发信号，并根据触发信号触发视觉传感器采集图像数据，以及触发惯性传感器采集惯性数据，从而可以获取视觉传感器采样得到的图像数据，以及获取惯性传感器采样得到的惯性数据。

在步骤S12中，根据图像数据，确定视觉传感器在图像数据中相邻帧图像的两个采样时刻之间的第一相对位姿。

由于图像数据是视觉传感器根据自身的采样频率在每个采样时刻进行采样得到的，因此，根据图像数据可以确定视觉传感器在图像数据中相邻帧图像的两个采样时刻之间的第一相对位姿。

在步骤S13中，根据惯性数据，确定惯性传感器在相邻帧图像的两个采样时刻之间的第二相对位姿。

根据惯性传感器采样得到的惯性数据，可以确定视觉传感器在不同时间间隔之间的相对位姿，由于视觉传感器采集图像数据以及惯性传感器采集惯性数据是同步进行的，因此，根据惯性数据可以确定惯性传感器在相邻帧图像的两个采样时刻之间的第二相对位姿。

在步骤S14中，根据第一相对位姿和第二相对位姿，确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数。

由于视觉传感器和惯性传感器是集成在一体化传感器中的两个不同的传感器，二者在空间上存在旋转和平移的变换关系。而且，在数据采集过程中，由于视觉传感器和惯性传感器的采集频率和存储时延不同，二者所采集的数据在时间上往往不同步，存在时间偏移。但是，由于视觉传感器和惯性传感器是集成在一起的，二者在运动中相对位姿变化具有一致性，因此，可以利用该一致性，根据第一相对位姿和第二相对位姿，确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数。

在本公开实施例中，根据视觉传感器采样得到的图像数据，确定视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位姿，以及根据惯性传感器采样得到的惯性数据，确定惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对位姿，可以根据第一相对位姿和第二相对位姿，利用视觉传感器和惯性传感器在运动中相对位姿变化的一致性，可以快速准确地对视觉传感器和惯性传感器之间的外参数进行标定。

实际应用中，视觉传感器通过对带有固定间距图案阵列的标定板进行采样，根据标定算法对采样得到的图像数据进行数据处理，可以确定视觉传感器的几何模型，进而可以确定视觉传感器的位姿。图2示出根据本公开实施例的标定板的示意图。图2示出的是空间中存在已知位置标记的标定板，视觉传感器对标定板进行采样，得到图3中所示的图像序列，以及在视觉传感器对标定板进行采样的过程中，惯性传感器采集惯性数据，得到图3中所示的惯性数据序列。图3示出根据本公开实施例的视觉传感器获取得到的图像数据和惯性传感器获取得到的惯性数据的示意图。如图3所示，视觉传感器在采样时刻t1-t7进行采样，得到各采样时刻的图像，构成视觉传感器获取得到的图像数据。由于视觉传感器和惯性传感器的采样频率不同，由图3可以看出，惯性传感器的采样频率大于视觉传感器的采样频率，惯性传感器在视觉传感器采样得到的相邻帧图像对应的两个采样时刻之间还存在三个采样时刻，也即，如图3所示，视觉传感器在采样时刻t1-t2之间采样得到两帧图像，而惯性传感器在采样时刻t1-t2之间采样得到五个采样时刻对应的惯性数据，以此类推。

在获取到视觉传感器采样得到的图像数据之后，根据图像数据，确定视觉传感器在图像数据中相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位姿。

在一种可能的实现方式中，根据图像数据，确定视觉传感器在图像数据中相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位姿，包括：确定视觉传感器在图像数据中每帧图像的采样时刻的位姿；根据视觉传感器在每帧图像的采样时刻的位姿，确定第一相对位姿。

由于标定板中包括空间中已知位置的标记，根据获取视觉传感器对标定板进行采样得到的图像数据，可以确定视觉传感器在图像数据中每帧图像的采样时刻的位姿，进而可以确定视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位姿，从而为后续利用视觉传感器和惯性传感器在运动中相对位姿变化的一致性确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数提供参数依据。仍以上述图3为例，确定视觉传感器在采样时刻t1和t2之间的第一相对位姿，在采样时刻t2和t3之间的第一相对位姿，以此类推。

在一种可能的实现方式中，第一相对位姿包括视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位置。

根据获取视觉传感器对标定板进行采样得到的图像数据，通过多视图几何原理，可以确定视觉传感器在图像数据中每帧图像的采样时刻的位置，进而可以确定视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位置，从而为后续利用视觉传感器和惯性传感器在运动中相对位置变化的一致性确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数提供参数依据。

在一种可能的实现方式中，第一相对位姿包括视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对旋转信息。

根据视觉传感器在图像数据中相邻三帧图像的采样时刻的位置，可以确定视觉传感器在该相邻三帧图像中的中间帧图像的采样时刻的旋转信息，从而为后续利用视觉传感器和惯性传感器在运动中相对旋转信息变化的一致性确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数提供参数依据。仍以上述图3为例，首先确定视觉传感器在t1-t7中的每个采样时刻的位置，然后，根据视觉传感器在t1采样时刻、t2采样时刻和t3采样时刻的位置，可以确定视觉传感器在t2采样时刻的旋转信息。以此类推，可以确定视觉传感器在图像数据中每帧图像的采样时刻的旋转信息，进而可以确定视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对旋转信息。

在一种可能的实现方式中，该方法还包括：根据第一相对位姿，确定视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对速度。

根据视觉传感器在图像数据中相邻三帧图像的采样时刻的位置，可以确定视觉传感器在该相邻三帧图像中的中间帧图像的采样时刻的速度，从而为后续利用视觉传感器和惯性传感器在运动中相对速度变化的一致性确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数提供参数依据。仍以上述图3为例，首先确定视觉传感器在t1-t7中的每个采样时刻的位置，然后，根据视觉传感器在t1采样时刻、t2采样时刻和t3采样时刻的位置，可以确定视觉传感器在t2采样时刻的速度。以此类推，可以确定视觉传感器在图像数据中每帧图像的采样时刻的速度，进而可以确定视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对速度。

在一种可能的实现方式中，根据惯性数据，确定惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对位姿，包括：通过对相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的惯性数据进行积分，确定惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第三相对位姿；根据视觉传感器和惯性传感器之间的初始时间偏移参数和第三相对位姿，确定第二相对位姿。

仍以上述图3为例，通过对惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻t1和t2之间采样得到的惯性数据进行积分，得到惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻t1和t2之间的第三相对位姿，由于视觉传感器和惯性传感器之间存在时间偏移，可以预设初始时间偏移参数，进而根据视觉传感器和惯性传感器之间的初始时间偏移参数和惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻t1和t2之间的第三相对位姿，确定惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻t1和t2之间的第二相对位姿。从而为后续利用视觉传感器和惯性传感器在运动中相对位姿变化的一致性确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数提供参数依据。例如，确定惯性传感器在两个采样时刻t1和t2之间的最后一次采样得到的惯性数据，将最后一次采样得到的惯性数据与初始时间偏移参数相乘，并将得到的乘积与惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻t1和t2之间的第三相对位姿相加，得到惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻t1和t2之间的第二相对位姿。以此类推，可以确定惯性传感器在任意相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对位姿。其中，初始时间偏移参数的大小可以根据实际情况确定，根据视觉传感器和惯性传感器之间的初始时间偏移参数和第三相对位姿确定第二相对位姿的方式除了可以采样上述确定方式之外，还可以根据实际情况采用其它确定方式，本公开对此不做具体限定。

惯性传感器中包括加速度计和角速度计，惯性传感器采样得到的惯性数据为加速度数据和角速度数据，因此，通过对惯性数据进行积分，可以确定惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻间的第二相对位置、第二相对旋转信息和第二相对速度，从而为后续利用视觉传感器和惯性传感器在运动中相对位置和/或相对速度变化的一致性确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数提供参数依据。

在一种可能的实现方式中，根据第一相对位姿和第二相对位姿，确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数，包括：通过最小化第一相对位姿和第二相对位姿之间的差值，确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数。

利用视觉传感器和惯性传感器在运动中相对位姿变化的一致性，可以快速准确地对视觉传感器和惯性传感器之间的外参数进行标定。

在一种可能的实现方式中，通过最小化第一相对位姿和第二相对位姿之间的差值，确定视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数，包括：通过最小化第一相对位置和第二相对位置之间的差值，确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数。

由于第一相对位置是在世界坐标系(标定板所在坐标系)下得到的位置关系，第二相对位置是在惯性传感器所在坐标系下得到的位置关系，因此，为了更好地计算差值，可以将第一相对位置从世界坐标系转换到惯性传感器所在坐标系下，再确定坐标系转换后第一相对位置与第二相对位置之间的差值，从而利用视觉传感器和惯性传感器在运动中相对位置变化的一致性，可以快速准确地对视觉传感器和惯性传感器之间的外参数进行标定。

在一种可能的实现方式中，通过最小化第一相对位姿和第二相对位姿之间的差值，确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数，包括：通过最小化第一相对旋转信息和第二相对旋转信息之间的差值，确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数。

由于第一相对旋转信息是在世界坐标系(标定板所在坐标系)下得到的旋转关系，第二相对旋转信息是在惯性传感器所在坐标系下得到的旋转关系，因此，为了更好地计算差值，可以将第一相对旋转信息从世界坐标系转换到惯性传感器所在坐标系下，再确定坐标系转换后第一相对旋转信息与第二相对旋转信息之间的差值，从而利用视觉传感器和惯性传感器在运动中相对旋转信息变化的一致性，可以快速准确地对视觉传感器和惯性传感器之间的外参数进行标定。

在一种可能的实现方式中，根据第一相对位姿和第二相对位姿，确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数，包括：通过最小化第一相对速度和第二相对速度之间的差值，确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数。

由于第一相对速度是在世界坐标系(标定板所在坐标系)下得到的速度关系，第二相对速度是在惯性传感器所在坐标系下得到的速度关系，因此，为了更好地计算差值，可以将第一相对速度从世界坐标系转换到惯性传感器所在坐标系下，再确定坐标系转换后第一相对速度与第二相对速度之间的差值，从而利用视觉传感器和惯性传感器在运动中相对速度变化的一致性，可以快速准确地对视觉传感器和惯性传感器之间的外参数进行标定。

通过对第一相对位置和第二相对位置之间的差值、第一相对旋转信息和第二相对旋转信息之间的差值，以及第一相对速度和第二相对速度之间的差值的一个或多个进行差值最小化处理，可以确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数。其中，差值最小化处理的方法可以采用高斯牛顿法，也可以采用其它方法，本公开对此不做具体限定。

在一种可能的实现方式中，视觉传感器和惯性传感器之间的外参数包括下述至少之一：视觉传感器和惯性传感器之间的平移参数、视觉传感器和惯性传感器之间的旋转参数、视觉传感器和惯性传感器之间的时间偏移参数、惯性传感器对应的加速度计零偏参数，以及惯性传感器对应的陀螺仪零偏参数。其中，视觉传感器和惯性传感器之间的外参数除了可以包括上述外参数之外，还可以实际需要包括其它外参数，本公开对此不做具体限定。

可以理解，本公开提及的上述各个方法实施例，在不违背原理逻辑的情况下，均可以彼此相互结合形成结合后的实施例，限于篇幅，本公开不再赘述。本领域技术人员可以理解，在具体实施方式的上述方法中，各步骤的具体执行顺序应当以其功能和可能的内在逻辑确定。

此外，本公开还提供了传感器外参数标定装置、电子设备、计算机可读存储介质、程序，上述均可用来实现本公开提供的任一种传感器外参数标定方法，相应技术方案和描述和参见方法部分的相应记载，不再赘述。

图4示出根据本公开实施例的传感器外参数标定装置的框图。如图4所示，装置40包括：

获取模块41，用于获取视觉传感器采样得到的图像数据，以及获取惯性传感器采样得到的惯性数据；

第一确定模块42，用于根据图像数据，确定视觉传感器在图像数据中相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位姿；

第二确定模块43，用于根据惯性数据，确定惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对位姿；

外参数标定模块44，用于根据第一相对位姿和第二相对位姿，确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数。

在一种可能的实现方式中，第一确定模块42，包括：

第一确定子模块，用于确定视觉传感器在图像数据中每帧图像的采样时刻的位姿；

第二确定子模块，用于根据视觉传感器在每帧图像的采样时刻的位姿，确定第一相对位姿。

在一种可能的实现方式中，第二确定模块43，包括：

第三确定子模块，用于通过对相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的惯性数据进行积分，确定惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第三相对位姿；

第四确定子模块，用于根据视觉传感器和惯性传感器之间的初始时间偏移参数和第三相对位姿，确定第二相对位姿。

在一种可能的实现方式中，外参数标定模块44用于：

通过最小化第一相对位姿和所述第二相对位姿之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

在一种可能的实现方式中，第一相对位姿包括视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位置，第二相对位姿包括惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对位置；

外参数标定模块44用于：

通过最小化第一相对位置和第二相对位置之间的差值，确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数。

在一种可能的实现方式中，第一相对位姿包括视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对旋转信息，第二相对位姿包括惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对旋转信息；

外参数标定模块44用于：

通过最小化第一相对旋转信息和第二相对旋转信息之间的差值，确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数。

在一种可能的实现方式中，装置40还包括：

第三确定模块，用于根据第一相对位姿，确定视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对速度；

第四确定模块，用于根据第二相对位姿，确定惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对速度。

在一种可能的实现方式中，外参数标定模块44用于：

通过最小化第一相对速度和第二相对速度之间的差值，确定视觉传感器和惯性传感器之间的外参数。

在一种可能的实现方式中，视觉传感器和惯性传感器之间的外参数包括下述至少之一：

视觉传感器和惯性传感器之间的平移参数、视觉传感器和惯性传感器之间的旋转参数、视觉传感器和惯性传感器之间的时间偏移参数、惯性传感器对应的加速度计零偏参数，以及惯性传感器对应的陀螺仪零偏参数。

在一些实施例中，本公开实施例提供的装置具有的功能或包含的模块可以用于执行上文方法实施例描述的方法，其具体实现可以参照上文方法实施例的描述，为了简洁，这里不再赘述。

本公开实施例还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述方法。计算机可读存储介质可以是非易失性计算机可读存储介质。

本公开实施例还提出一种电子设备，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行上述方法。

本公开实施例还提供了一种计算机程序产品，包括计算机可读代码，当计算机可读代码在设备上运行时，设备中的处理器执行用于实现如上任一实施例提供的传感器外参数标定方法的指令。

本公开实施例还提供了另一种计算机程序产品，用于存储计算机可读指令，指令被执行时使得计算机执行上述任一实施例提供的传感器外参数标定方法的操作。

电子设备可以被提供为终端、服务器或其它形态的设备。

图5示出根据本公开实施例的一种电子设备的框图。如图5所示，电子设备800可以是移动电话，计算机，数字广播终端，消息收发设备，游戏控制台，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等终端。

参照图5，电子设备800可以包括以下一个或多个组件：处理组件802，存储器804，电源组件806，多媒体组件808，音频组件810，输入/输出(I/O)的接口812，传感器组件814，以及通信组件816。

处理组件802通常控制电子设备800的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件802可以包括一个或多个处理器820来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件802可以包括一个或多个模块，便于处理组件802和其他组件之间的交互。例如，处理组件802可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件808和处理组件802之间的交互。

存储器804被配置为存储各种类型的数据以支持在电子设备800的操作。这些数据的示例包括用于在电子设备800上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器804可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

电源组件806为电子设备800的各种组件提供电力。电源组件806可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为电子设备800生成、管理和分配电力相关联的组件。

多媒体组件808包括在所述电子设备800和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件808包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当电子设备800处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。

音频组件810被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件810包括一个麦克风(MIC)，当电子设备800处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器804或经由通信组件816发送。在一些实施例中，音频组件810还包括一个扬声器，用于输出音频信号。

I/O接口812为处理组件802和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。

传感器组件814包括一个或多个传感器，用于为电子设备800提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件814可以检测到电子设备800的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为电子设备800的显示器和小键盘，传感器组件814还可以检测电子设备800或电子设备800一个组件的位置改变，用户与电子设备800接触的存在或不存在，电子设备800方位或加速/减速和电子设备800的温度变化。传感器组件814可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件814还可以包括光传感器，如CMOS或CCD图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件814还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。

通信组件816被配置为便于电子设备800和其他设备之间有线或无线方式的通信。电子设备800可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G或3G，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件816经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件816还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。

在示例性实施例中，电子设备800可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述方法。

在示例性实施例中，还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，例如包括计算机程序指令的存储器804，上述计算机程序指令可由电子设备800的处理器820执行以完成上述方法。

图6示出根据本公开实施例的一种电子设备的框图。如图6所示，电子设备1900可以被提供为一服务器。参照图6，电子设备1900包括处理组件1922，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器1932所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件1922的执行的指令，例如应用程序。存储器1932中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件1922被配置为执行指令，以执行上述方法。

电子设备1900还可以包括一个电源组件1926被配置为执行电子设备1900的电源管理，一个有线或无线网络接口1950被配置为将电子设备1900连接到网络，和一个输入输出(I/O)接口1958。电子设备1900可以操作基于存储在存储器1932的操作系统，例如Windows Server^TM，Mac OS X^TM，Unix^TM,Linux^TM，FreeBSD^TM或类似。

在示例性实施例中，还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，例如包括计算机程序指令的存储器1932，上述计算机程序指令可由电子设备1900的处理组件1922执行以完成上述方法。

本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

该计算机程序产品可以具体通过硬件、软件或其结合的方式实现。在一个可选实施例中，所述计算机程序产品具体体现为计算机存储介质，在另一个可选实施例中，计算机程序产品具体体现为软件产品，例如软件开发包(Software Development Kit，SDK)等等。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (18)

1.一种传感器外参数标定方法，其特征在于，包括：

获取视觉传感器采样得到的图像数据，以及获取惯性传感器采样得到的惯性数据；

根据所述图像数据，确定所述视觉传感器在所述图像数据中相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位姿；

根据所述惯性数据，确定所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对位姿；

根据所述第一相对位姿和所述第二相对位姿，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数，其中，所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数包括下述至少之一：所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的平移参数、所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的旋转参数、所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的时间偏移参数、所述惯性传感器对应的加速度计零偏参数，以及所述惯性传感器对应的陀螺仪零偏参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述图像数据，确定所述视觉传感器在所述图像数据中相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位姿，包括：

确定所述视觉传感器在所述图像数据中每帧图像的采样时刻的位姿；

根据所述视觉传感器在每帧图像的采样时刻的位姿，确定所述第一相对位姿。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述惯性数据，确定所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对位姿，包括：

通过对相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的所述惯性数据进行积分，确定所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第三相对位姿；

根据所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的初始时间偏移参数和所述第三相对位姿，确定所述第二相对位姿。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一相对位姿和所述第二相对位姿，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数，包括：

通过最小化所述第一相对位姿和所述第二相对位姿之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一相对位姿包括所述视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位置，所述第二相对位姿包括所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对位置；

所述通过最小化所述第一相对位姿和所述第二相对位姿之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数，包括：

通过最小化所述第一相对位置和所述第二相对位置之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一相对位姿包括所述视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对旋转信息，所述第二相对位姿包括所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对旋转信息；

所述通过最小化所述第一相对位姿和所述第二相对位姿之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数，包括：

通过最小化所述第一相对旋转信息和所述第二相对旋转信息之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述第一相对位姿，确定所述视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对速度；

根据所述第二相对位姿，确定所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对速度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一相对位姿和所述第二相对位姿，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数，包括：

通过最小化所述第一相对速度和所述第二相对速度之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

9.一种传感器外参数标定装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取视觉传感器采样得到的图像数据，以及获取惯性传感器采样得到的惯性数据；

第一确定模块，用于根据所述图像数据，确定所述视觉传感器在所述图像数据中相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位姿；

第二确定模块，用于根据所述惯性数据，确定所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对位姿；

外参数标定模块，用于根据所述第一相对位姿和所述第二相对位姿，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数，其中，所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数包括下述至少之一：所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的平移参数、所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的旋转参数、所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的时间偏移参数、所述惯性传感器对应的加速度计零偏参数，以及所述惯性传感器对应的陀螺仪零偏参数。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块，包括：

第一确定子模块，用于确定所述视觉传感器在所述图像数据中每帧图像的采样时刻的位姿；

第二确定子模块，用于根据所述视觉传感器在每帧图像的采样时刻的位姿，确定所述第一相对位姿。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，包括：

第三确定子模块，用于通过对相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的所述惯性数据进行积分，确定所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第三相对位姿；

第四确定子模块，用于根据所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的初始时间偏移参数和所述第三相对位姿，确定所述第二相对位姿。

12.根据权利要求9-11任一项所述的装置，其特征在于，所述外参数标定模块用于：

通过最小化所述第一相对位姿和所述第二相对位姿之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一相对位姿包括所述视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对位置，所述第二相对位姿包括所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对位置；

所述外参数标定模块用于：

通过最小化所述第一相对位置和所述第二相对位置之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一相对位姿包括所述视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对旋转信息，所述第二相对位姿包括所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对旋转信息；

所述外参数标定模块用于：

通过最小化所述第一相对旋转信息和所述第二相对旋转信息之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第三确定模块，用于根据所述第一相对位姿，确定所述视觉传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第一相对速度；

第四确定模块，用于根据所述第二相对位姿，确定所述惯性传感器在相邻帧图像对应的两个采样时刻之间的第二相对速度。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述外参数标定模块用于：

通过最小化所述第一相对速度和所述第二相对速度之间的差值，确定所述视觉传感器和所述惯性传感器之间的外参数。

17.一种电子设备，其特征在于，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行权利要求1至8中任意一项所述的方法。

18.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求1至8中任意一项所述的方法。

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