增強現(xiàn)實攝像機-IMU相對姿態(tài)的自動標定研究.pdf

1、增強現(xiàn)實技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興的人機交互技術(shù)，通過估計攝像機在3D場景中的位置，添加實時生成的虛擬3D部件、圖像和文字等信息,以增強用戶的使用體驗。實現(xiàn)增強現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)是能夠?qū)崟r獲得攝像機在空間中的位置，而通過單一的視覺跟蹤方法很難獲得穩(wěn)定準確的攝像機位置信息。通過將攝像機與慣性測量單元嚴格綁定，將兩種傳感器的數(shù)據(jù)進行融合，可以顯著增強攝像機姿態(tài)跟蹤的穩(wěn)定性和準確性。使用不同的傳感器測得的數(shù)據(jù)位于不同的坐標系中

2、，為了能夠?qū)?shù)據(jù)進行融合，需要將不同傳感器的信息轉(zhuǎn)換到一個統(tǒng)一的坐標系中。坐標系轉(zhuǎn)換前提是已知不同傳感器之間的相對位移與相對朝向。因此，不同傳感器的相對姿態(tài)是否準確直接影響混合傳感器的跟蹤效果。
　　本文介紹了一種基于擴展卡爾曼濾波器的攝像機-IMU相對姿態(tài)的自動標定方法。通過在EKF中不斷估計IMU在世界坐標系中的位置和朝向、攝像機在IMU坐標系中的位置和朝向、IMU在世界坐標系中的速度、IMU的線性加速度和角速度的漂移誤差，得

3、到最終的標定結(jié)果。實驗數(shù)據(jù)表明，在系統(tǒng)的初始誤差較大以及受到較大的非線性噪聲的影響下，該方法仍然能夠?qū)z像機與IMU之間的相對位置與朝向進行較為準確的標定。
　　本文的主要研究內(nèi)容包括:
　　1)攝像機內(nèi)外參數(shù)標定與特征點匹配。通過重新設(shè)計攝像機標定板可以實現(xiàn)自動識別世界坐標系原點位置和X軸與Y軸方向。
　　2)設(shè)計攝像機-慣性測量單元相對姿態(tài)標定算法的EKF預(yù)測模型，通過使用當前時刻的系統(tǒng)狀態(tài)信息預(yù)測下一時刻的狀態(tài)矢