双IMU与视觉组合动载体位姿测量系统标定研究

作     者：孙颖 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：付鲁华

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：动载体 位姿 IMU视觉测量 系统标定 

摘      要：动载体目标物位姿测量,是实现机载、舰载、车载设备导航追踪、稳定控制的关键技术。IMU位姿测量速度快,但测量结果会随时间漂移;视觉位姿测量稳定性好,但测量速度慢,且存在因图像模糊或遮挡导致的测量失效问题。将双IMU与视觉组合,进行动载体目标物位姿测量,能够使两者优势互补,实现高精度快速稳定的位姿测量。明确系统各部分坐标系转换关系,实现视觉惯性测量数据量值统一,是双IMU与视觉传感器进行信息融合的前提、组合式系统准确稳定测量动载体目标物位姿的关键。本文对双IMU与视觉组合动载体位姿测量系统标定技术进行研究,主要内容、关键技术包括:1.分析双IMU与视觉组合位姿测量原理,明确系统量值统一目标,设计系统标定总体方案,包括视觉模块标定、视觉惯性联合标定。分析系统标定各环节特点,确定各环节转换关系解算方法。2.研究视觉测量模块标定方法。分析精密转台、位移台轴线非正交及连动关系,建立目标坐标系数学模型、推导目标坐标系动态更新模型。设计视觉模块标定系统、特征点三维重建视觉算法,确定外参标定流程。通过实验验证视觉模块标定的准确性、可靠性。3.研究视觉惯性联合标定方法。设计控制迭代步长的非线性优化标定框架,标定相机与辅助IMU外参、靶标与主IMU坐标系转换矩阵。设计并完成标定实验,验证视觉惯性坐标统一的准确性、可靠性。