[发明专利]一种用于多相机偏振光传感器的标定方法

说明书

本发明公开了一种用于多相机偏振光传感器的标定方法，本发明通过：1、建立多相机偏振光传感器的测量误差方程2、建立各相机的线性回归方程3、求解方程获得各相机的线性参数4、建立偏振片安装误差角的目标优化函数5、基于Gauss‑Newton迭代求解偏振片的安装误差角的步骤，完成了多相机偏振光传感器的标定，补偿了多相机偏振光传感器的非一致性误差和偏振片安装角误差，能够有效提高偏振光传感器的测量精度，具有原理简单、操作简便、适用范围广等优点，对于实现仿生偏振光的定向定位具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及偏振光传感器测量领域，特别涉及一种用于多相机偏振光传感器的标定方法。

背景技术

当前，虽然惯性导航、卫星导航、地磁匹配导航等经典导航技术取得了长足的发展，在各自适合的应用领域发挥着巨大作用；但是面对低成本、高精度、强干扰的特殊环境，经典的导航技术尚不能完全满足运动平台的自主航行、智能化作业和安全返航的需求。无论从导航技术自身高速发展的趋势着眼，还是从迫切的需求出发，都需要拓展新思维、研究新方法，寻求新的、环境适应能力强的导航技术，以适应不断进步的新需求。

基于大自然生物系统的模拟仿生感知技术，为导航技术的新发展提供了启示。自然界中很多昆虫和鸟类通过特殊的生理结构感知天空的偏振光信息，从而进行导航活动。例如，沙漠蚂蚁通过检测大气中的偏振模态确定方位信息，可以从距离巢穴数百米的地方沿直线准确返回，蜜蜂、蝴蝶等昆虫也可通过感知天空偏振光的强度和方向实现导航定位。与经典导航技术相比，仿生偏振光导航利用具有自然属性的天空偏振模式，抗干扰性强、误差不积累、适用范围广等优势，比较适合复杂环境下的长航时、远距离的自主导航，对于车辆、船舶、飞行器等领域的应用具有广泛前景。

准确测量天空偏振光模式分布是实现仿生偏振光导航的基础。按照测量手段偏振光传感器可分为两种，一种是基于光电二极管的偏振光点测量装置，此类传感器结构简单，能够克服光强变化的影响，有利于长时间测量，但检测区域有限，测量结果易受天气等因素的影响，第二种是基于多相机的偏振光传感器，此类传感器具有多通道、多像素点的优势，能够实现全天域精细的偏振模式测量，从机理上更接近于昆虫复眼的偏振光检测器官。偏振光传感器的标定是实现准确测量的必要手段。从目前公开发表的文献看，鲜有文献对偏振光传感器的标定进行深入研究。因此对其进行深入的理论和应用研究是很有必要的。

总而言之，目前在研究利用偏振光进行导航方面的效果远没有达到生物使用偏振光导航的水平，对于生物感知偏振光的器官及其接受研究比较充分，已经能够在工程上实现模仿昆虫的偏振光检测功能的传感器。但是对于偏振光传感器的标定研究甚少，极大地影响传感器的测量精度，因此需要对仿生偏振光传感器的标定进行研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：如何实现多相机偏振光传感器的非一致性误差和偏振片安装角误差的补偿。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：

一种用于多相机偏振光传感器的标定方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)建立多相机偏振光传感器的测量误差方程；

(2)建立各相机的线性回归方程；

(3)求解方程获得各相机的线性参数；

(4)建立偏振片安装误差角的目标优化函数；

(5)基于Gauss-Newton迭代求解偏振片的安装误差角。

作为本发明的进一步改进，上述步骤(1)中测量误差方程包含各相机中像素点的测量误差方程、各相机通道含有偏振片安装误差角的测量方程及传感器的输出方程；

每个相机中各像素点的测量误差方程为：