相機(jī)姿態(tài)安裝誤差對單目視覺定位精度的影響

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1、萬方數(shù)據(jù)2012年第31卷第12期傳感器與微系統(tǒng)(TransducerandMicrosystemTechnologies)23相機(jī)姿態(tài)安裝誤差對單目視覺定位精度的影響曹毓,馮瑩,趙立雙,雷兵(國防科技大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院,湖南長沙410073)摘要:現(xiàn)有單目視覺定位方法由于相機(jī)姿態(tài)誤差而存在定位精度不高的問題,但鮮見文獻(xiàn)對此進(jìn)行定量分析。針對該問題從定性分析和定量仿真的角度研究了相機(jī)姿態(tài)角的安裝誤差對單目視覺定位精度的影響。在距離為211.377m的平坦直線道路上進(jìn)行了三組實驗,實驗結(jié)果和仿真結(jié)果吻合較好,經(jīng)相機(jī)姿態(tài)安裝誤差校正以后,三組實

2、驗中行駛軌跡彎曲的現(xiàn)象得到了糾正,并獲得了最大誤差0.45%的測距精度。所得結(jié)論對提高單目視覺定位精度具有指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞:機(jī)器視覺;單目視覺定位;相機(jī)姿態(tài)測量;姿態(tài)安裝誤差中圖分類號:TP212.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1000--9787(2012)12--0023--04EffectofattitudeinstallationerrorofcameraonPrecision0tmon0CUIarvisualodometry●■●1‘l·CAOYu,F(xiàn)ENGYing,ZHAOLi-shuang,LEIBing(SchoolofOptoel

3、ectronicScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changslm410073,China)Abstract:Becauseoft11eattitudeerrorofcanlera.themonocularvisualodometryexistslOWprecision.Buttherearefewanalysisonthispwblem.Aimingatthisprobleminfluenceofattitudeinstallationerrorofcame

4、raonprecisionofmonocularvisualodometryfromthestandpointofqualitativeanalysisandquantitativesimulation.3groupsofexperimentsiscarriedoutonanstraight—and—evenroadwhichis211.377mlong.TheexperimentalresultcorlforIustothesimulationresult.Aftercalibrationofinstallatione玎_orofcamera

5、attitude.thebenttracksofvehicleisrectifiedandthemaximumrangingeITOris0.45%.Theconclusionhasguidancevalueinimprovingprecisionofmonocularvisualodometry.Keywords:machinevision;monocularvisualodometry;cameraattitudemeasurement;attitudeinstallationerror0引言視覺定位¨o是指依靠相機(jī)的視覺信息進(jìn)行運動估計的

6、方法,主要分立體視覺定位和單目視覺定位兩類。單目視覺定位卜引是指利用單一相機(jī)拍攝的圖像序列來計算出視覺傳感器的方向和位置的算法。相對于立體視覺定位算法而言,該方法由于設(shè)備安裝方便、算法簡單而得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是當(dāng)相機(jī)姿態(tài)存在誤差時,傳統(tǒng)單目視覺定位方法的定位精度較低。文獻(xiàn)[2—4]采用了姿態(tài)傳感器實時測量相機(jī)姿態(tài)并以此對圖像實施透視校正的方法來提高單目視覺定位精度,但均未詳細(xì)分析相機(jī)姿態(tài)誤差對定位精度的影響。導(dǎo)致相機(jī)姿態(tài)存在誤差的因素主要有2方面:由路面顛簸導(dǎo)致的姿態(tài)動態(tài)隨機(jī)誤差和由相機(jī)安裝精度不高導(dǎo)致的姿態(tài)安裝誤差。其中,前者屬對稱誤差

7、,而后者由于對定位精度的影響不可正負(fù)相消而屬非對稱誤差,因此,微小的收稿日期:2012-05-21姿態(tài)安裝誤差量亦會導(dǎo)致單目視覺定位精度隨定位距離的增加而顯著下降。為此,有必要研究相機(jī)姿態(tài)安裝誤差對定位精度的影響。1理論分析與建模仿真1.1路面三維重建系統(tǒng)工作原理單目視覺定位系統(tǒng)和相機(jī)姿態(tài)角約定如圖l所示。圖中相機(jī)以正俯視架設(shè)方式拍攝路面圖像,為保證車輛在較高速度行駛時相機(jī)拍攝的相鄰兩幀圖像具有較高重疊率,其寬視場方向與車輛行駛方向平行。因此,相機(jī)安裝正向與車輛前進(jìn)方向成90。角,由此導(dǎo)致車輛的左右傾斜對應(yīng)著相機(jī)俯仰角變化,車輛的前后俯仰對應(yīng)相

8、機(jī)橫滾角變化。根據(jù)19世紀(jì)80年代卡梅隆大學(xué)的MatthiesL等人‘61設(shè)計的視覺定位方法框架,單目視覺定位方法主要分為特征提取、特征匹配、運動估計

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