[发明专利]一种月球车双目视觉避障系统标定方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及技术数字摄影测量、计算机视觉等领域的一种月球车双目视觉避障系统标定方法。

二、背景技术

月球车双目视觉避障是我国探月计划中使用的避障技术之一。月球车双目视觉避障航系统主要由两台数字相机、一个立方镜与系统支架构成(图1)。相机固定在支架两端，位于两相机中间位置固定立方镜。避障相机是通过视觉计算获得车体周围区域三维地形信息为月面巡视探测器避障服务的立体视觉相机，依据立体视觉原理对左右图像进行信息处理，获取物体的三维信息，然后计算物体在月球车坐标系下的位置，完成月面三维场景恢复以实现准确的避障。在双目视觉避障系统中，系统综合标定是关键技术，精确的标定是保证正确避障的基础。所以，月球车双目视觉避障系统的标定精度直接决定后续的工作能否顺利进行，那么如何解决这一技术难题呢？

三、发明内容

针对上述情况，本发明之目的就是要提供一种月球车双目视觉避障系统标定方法，可有效用于避障相机的内参数、相机对的相对外参数以及立方镜与左右避障相机之间关系的综合标定，以解决相机标定精度不高的问题，使相机镜头标定精度问题上得到了本质的提升。

其解决的技术方案是，首先，对系统相机对内参数标定和基准镜坐标系综合标定，得到两组坐标系的坐标值，再利用这两组坐标值进行公共点转换，用标定内参数的相机再次对标定场进行照相，由避障相机用标定软件得到两台相机与标定场坐标系的关系，方法是：

1.系统相机对内参数标定，对标定场进行精度标定，利用避障系统相机对标定物进行照相，之后，计算左相机的内参数与标定场坐标系下相机外参数和计算右相机的内参数与标定场坐标系下相机外参数，利用左右相机外参数进行计算，得到相机对的相对外参数；

2.基准镜坐标系综合标定，首先，建立经纬仪测量系统，确定经纬仪测量系统坐标系，再对基准镜进行准直测量，得到基准镜坐标系在经纬仪测量系统坐标系下的系参数，然后利用经纬仪测量系统测量标定场测量标志坐标，将经纬仪测量系统坐标系转换到标定场坐标系下，得到基准镜坐标系在标定场系统坐标系下参数，之后计算相机在立方镜坐标系下的坐标系参数，利用已经标定内参数的避障系统相机对标定场进行照相，得到相机对在标定场下的坐标系参数；

3.利用这两组坐标值进行公共点转换；

4.利用标定内参数的相机再次对标定场进行照相，由避障相机用标定软件得到两台相机与标定场坐标系的关系，标定过程完成。

本发明是利用标定场方法标定月球车双目视觉避障系统的相机内参数，利用经纬仪测量系统配合标定场，标定出月球车双目视觉避障系统中的立方镜坐标系与相机外参数的关系，具有标定速度快、精度高、方便、易操作，有效用于对月球车双目视觉避障相机内外参数标定，解决了避障相机(鱼眼相机)标定精度不高的世界性难题，使相机镜头标定精度得到了本质上的提高，是月球车双目视觉避障系统标定的一大创造。

四、附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明的月球车双目视觉避障系统构成图；

图3为本发明的相对方位元素图；

图4为本发明的基准镜坐标系图。

五、具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

由图1-图4所示，本发明在具体实施时由以下步骤实现，

1.系统相机对内参数标定：

a.将已经布设由美国3M公司生产的反光材料(型号分别为：7610)为原料制作的直径为10mm(或者直径为8mm)的圆形回光反射标志和编码标志的标定场放置在实验室，使用V-STARS数字摄影测量系统对标定场测量标志进行测量，得到标志点在摄影测量系统坐标系下坐标(X，Y，Z)，V-STARS数字摄影测量系统，由美国GSI公司生产，包含一套V-STARS数字摄影软件、一台INCA3智能相机、一个自动定向棒、两根经过美国NIST(美国国家标准与技术局)标定、长度为1096.mm的基准尺；

b.在距离控制场(标定场)2米左右(2米±0.1米)使用避障相机对对控制场场照相58张，其中前35张照片是水平放置避障相机拍摄得到的，后23张是避障相机旋转90度后所拍摄的，每进行一个位置照相后要对相机进行水平移动，照相得到的相片中至少每张相片中要包含四个以上的编码标志点；

c.步骤a中已经测量得到的标定场控制点三维坐标(X，Y，Z)，利用市售的，如郑州辰维科技有限公司研发的避障相机用标定软件对左避障相机得到的58张相片进行图像处理，用光束法平差方法计算出左相机的内参数、以及每张相片相对于摄影测量系统坐标系的外参数；