[发明专利]一种VR头戴显示设备中视觉惯性里程计的在线标定方法

权利要求书

1.一种VR头戴显示设备中视觉惯性里程计的在线标定方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)处理设备获取相机的外部参数初值、惯性测量单元(200)的外部参数初值；

2)处理设备获取VR头显设备的历史位姿；

3)在处理设备中对相机的外部参数、惯性测量单元(200)的外部参数进行在线更新；

4)利用处理设备获得的VR头显设备的历史位姿对惯性测量单元(200)的内部参数进行在线优化更新；所述惯性测量单元(200)包括加速度计和陀螺仪；所述相机包括首个相机(101)和额外相机(102)；

所述相机的外部参数初值、惯性测量单元(200)的外部参数包括：首个相机与惯性测量单元(200)的相对位姿、额外相机(102)与首个相机(101)的相对位姿、相机与惯性测量单元(200)输出采样数据的时差；

所述惯性测量单元(200)的内部参数包括：加速度计的三轴倾斜、刻度因子、零点偏移，陀螺仪的三轴倾斜、刻度因子、零点偏移；

处理设备包括视觉惯性里程计、视觉里程计；或者处理设备为处理器(300)，处理器(300)内集成有视觉惯性里程计、视觉里程计；在VR头显设备初始化阶段，处理设备获取相机的外部参数初值、惯性测量单元(200)的外部参数初值，此时获取的相机的外部参数初值、惯性测量单元(200)的外部参数初值包括：通过视觉里程计获取所述相机的多个位姿；通过所述惯性测量单元(200)测量数据进行姿态解算获取其多个位姿；利用同时间戳的相机和惯性测量单元(200)的多个位姿优化获得额外相机(102)与首个相机(101)之间、惯性测量单元(200)与额外相机(102)之间、惯性测量单元(200)与首个相机(101)之间的外部参数初值；

获得所述额外相机(102)与首个相机(101)之间外部参数初值的过程包括如下步骤：

5)定义额外相机(102)的坐标系到首个相机(101)的坐标系的变换矩阵；

6)利用步骤5)得到的变换矩阵将首个相机(101)的位姿转换到额外相机(102)的坐标系下；

获得所述首个相机(101)与惯性测量单元(200)外部参数初值、额外相机(102)与惯性测量单元(200)外部参数初值包括如下过程：

7)定义额外相机(102)坐标系到惯性测量单元(200)坐标系的变换矩阵；

8)利用额外相机(102)坐标系到惯性测量单元(200)坐标系的变换矩阵将额外相机(102)的位姿转换到惯性测量单元(200)的坐标系下；

获得所述额外相机(102)与首个相机(101)之间外部参数初值的过程中还包含以下步骤：

9)统计多组额外相机(102)位姿与首个相机(101)位姿的绝对误差，并获得额外相机(102)位姿与首个相机(101)位姿的最小化位姿误差；统计的额外相机(102)位姿与首个相机(101)位姿的绝对误差包括旋转误差和平移误差；

10)以步骤9)获得的最小化位姿误差为优化目标，利用数值计算方法解算获得外部参数变换矩阵的最优值；

获得所述首个相机(101)与惯性测量单元(200)外部参数初值、额外相机(102)与惯性测量单元(200)外部参数初值的过程中还包含以下步骤：

11)统计额外相机(102)位姿与惯性测量单元(200)位姿的绝对误差，其中包括统计额外相机(102)位姿与惯性测量单元(200)位姿的旋转误差、平移误差；

12)定义首个相机(101)与惯性测量单元(200)输出数据的时差，定义额外相机(102)与惯性测量单元(200)输出数据的时差；

13)将惯性测量单元(200)测量数据姿态解算所得速度与时差乘积，参与构建首个相机(101)、额外相机(102)图像的重投影误差；

14)以步骤11)、步骤12)、步骤13)获得的最小化位姿误差与重投影误差之和为优化目标，利用数值计算方法解算获得外部参数的最优值；

在步骤4)中利用处理设备获得的VR头显设备的历史位姿对惯性测量单元(200)的内部参数进行在线优化更新，包括通过惯性测量单元(200)测量数据进行姿态解算获得位姿变化；将通过惯性测量单元(200)测量数据进行姿态解算获得的位姿变化进行最小化，并通过最小化的该位姿变化、视觉惯性里程计输出值间的绝对误差对惯性测量单元(200)的内部参数进行迭代优化；

通过最小化的该位姿变化、视觉惯性里程计输出值间的绝对误差对惯性测量单元(200)的内部参数进行迭代优化包括如下过程：

15)定义惯性测量单元(200)内部参数更新矩阵；

16)选择惯性测量单元(200)测量数据，利用更新矩阵表示的惯性测量单元(200)测量数据解算所得惯性测量单元(200)位姿；

17)选择惯性测量单元(200)位姿对应时间戳的视觉惯性里程计输出位姿；

18)将惯性测量单元(200)位姿通过外部参数转换到视觉惯性里程计同一坐标系下，以惯性测量单元(200)坐标系作为视觉惯性里程计坐标系的情况可以省略该步骤；

19)统计惯性测量单元(200)位姿与视觉惯性里程计输出位姿的绝对误差，包含旋转误差和平移误差；

20)以最小化位姿绝对误差为优化目标，利用数值方法解算获得内部参数更新矩阵的最优值。