一种惯性测量单元内参的标定方法、装置及参数标定系统与流程

本发明涉及传感器，尤其涉及一种惯性测量单元内参的标定方法、装置及参数标定系统。

背景技术：

1、惯性测量单元(imu，inertial measurement unit)是自动驾驶车辆的多传感器系统中极为重要的一员，近年来随着mems(micro-electro-mechanical system，微机电系统)技术的快速发展，基于该技术的惯性测量单元的精度性能已经可以应用在自动驾驶算法任务中。典型的六轴imu传感器通过测量内部mems机构的变化程度，可以输出xyz方向的线加速度测量和绕xyz旋转的角速度测量。然而由于工业生产中不可避免的制造误差，导致该imu测量单元存在多种系统误差，例如轴间不重合误差(misalignment)，尺度因子(scale)，偏置(bias)，g灵敏度(g-sensiticity)等，尤其在mems传感器中，该现象更为明显，因此对惯性传感器进行内部参数标定是实际装车使用前必须的流程。

2、通常imu的标定需要依靠高精度的三轴转台来提供准确的实际运动数据，但是高精度的三轴转台通常需要几十上百万，价格昂贵，且主要用于光纤或是激光技术的高精度imu传感器，对于消费级的mems技术来说，应用成本过于高昂。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种惯性测量单元内参的标定方法、装置及参数标定系统，旨在解决现有技术中惯性测量单元测量数据时成本高的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种惯性测量单元内参的标定方法，应用于参数标定系统，所述参数标定系统包括设置于转台上的惯性测量单元和相机，标定板，以及与所述转台、所述惯性测量单元、所述相机连接的工控机，所述方法包括：基于所述标定板对所述相机进行内参标定；对所述相机和所述惯性测量单元进行时延标定，以使所述惯性测量单元的检测数据与所述相机的图像数据同步；根据所述相机的内参和所述图像数据，应用视觉里程计估计所述相机的运动数据；通过pnp算法消除所述视觉里程计的累计误差，得到精确运动数据；通过所述精确运动数据和所述检测数据，标定所述惯性测量单元的内参。

3、可选的，所述基于所述标定板对所述相机进行内参标定，包括：控制所述相机以不同姿态拍摄所述标定板，以获取至少三张标定板图像；根据所述至少三张标定板图像，分别确定各标定板图像中标定板的角点，以及各角点在像素坐标系下的位置；基于所述标定板的每格的大小及尺寸，确定各角点在世界坐标系下的物理坐标；基于所述像素坐标系和所述世界坐标系，确定所述相机的内参矩阵，以完成所述相机内参的标定。

4、可选的，所述根据所述相机的内参和所述图像数据，应用视觉里程计估计所述相机的运动数据，包括：基于所述标定板，设置所述转台的转动范围；在所述转动范围内，控制所述转台以预设速度向不同的预设方向转动，以使转台到达不同预设位置；在所述转台转动到预设位置的过程中，获取所述相机在当前时刻的图像数据，以及上一时刻的图像数据；根据所述上一时刻的图像数据和所述当前时刻的图像数据，获取两组一一对应的像素点集；根据所述一一对应的像素点集，估计所述相机的运动数据。

5、可选的，所述通过pnp算法消除所述视觉里程计的累计误差，得到精确运动数据，包括：获取所述相机拍摄的图像数据，其中所述图像数据包含标定板；确定所述图像数据中标定板的角点，并确定所述角点在世界坐标系及在像素坐标系下的位置；获取所述相机的内参矩阵；根据所述相机的内参矩阵、所述角点的世界坐标及像素坐标，计算所述相机的实际运动数据；将所述相机的运动数据更新为所述相机的实际运动数据，以得到精确运动数据。

6、可选的，所述通过所述精确运动数据和所述检测数据，标定所述惯性测量单元的内参，包括：获取当前时刻所述惯性测量单元的检测数据，以及所述相机的精确运动数据；将所述相机的精确运动数据转化为所述惯性测量单元的实际运动数据；对所述惯性测量单元的实际运动数据及检测数据进行最小二乘法计算，以获取所述惯性测量单元的标定参数；基于所述标定参数，标定所述惯性测量单元的内参。

7、可选的，在获取所述惯性测量单元的检测数据之前，所述方法还包括：控制所述转台以不同的预设姿态静置预设时间；在所述转台以不同预设姿态静置时，分别获取在所述转台上的惯性测量单元的初始检测数据；根据所述惯性测量单元的初始检测数据，计算所述惯性测量单元在不同预设姿态下的静态偏差；基于所述静态偏差，校准所述惯性测量单元的初始检测数据，以校准所述惯性测量单元的初始误差。

8、为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种惯性测量单元内参的标定装置，应用于参数标定系统，所述参数标定系统包括设置于转台上的惯性测量单元和相机，还包括标定板，以及与所述转台、所述惯性测量单元、所述相机连接的工控机，所述装置包括：相机标定模块，用于基于所述标定板对所述相机进行内参标定；时延标定模块，用于对所述相机和所述惯性测量单元进行时延标定，以使所述惯性测量单元的检测数据与所述相机的图像数据同步；估计模块，用于根据所述相机的内参和所述图像数据，应用视觉里程计估计所述相机的运动数据；获取模块，用于通过pnp算法消除所述视觉里程计的累计误差，得到精确运动数据；内参标定模块，用于通过所述精确运动数据和所述检测数据，标定所述惯性测量单元的内参。

9、可选的，所述估计模块具体用于：基于所述标定板，设置所述转台的转动范围；在所述转动范围内，控制所述转台以预设速度向不同的预设方向转动，以使转台到达不同预设位置；在所述转台转动到预设位置的过程中，获取所述相机在当前时刻的图像数据，以及上一时刻的图像数据；根据所述上一时刻的图像数据和所述当前时刻的图像数据，获取两组一一对应的像素点集；根据所述一一对应的像素点集，估计所述相机的运动数据。

10、可选的，所述获取模块具体用于：获取所述相机拍摄的图像数据，其中所述图像数据包含标定板；确定所述图像数据中标定板的角点，并确定所述角点在世界坐标系及在像素坐标系下的位置；获取所述相机的内参矩阵；根据所述相机的内参矩阵、所述角点的世界坐标及像素坐标，计算所述相机的实际运动数据；将所述相机的运动数据更新为所述相机的实际运动数据，以得到精确运动数据。

11、为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的又一个技术方案是：提供一种参数标定系统，所述参数标定系统包括：转台；设置于所述转台上的惯性测量单元、相机；标定板；以及与所述转台、所述惯性测量单元、所述相机连接的工控机；其中，所述工控机包括至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上所述的方法。

12、区别于相关技术的情况，本发明提供了一种惯性测量单元内参的标定方法、装置及参数标定系统，所述参数标定系统包括设置于转台上的惯性测量单元和相机，标定板，以及与所述转台、所述惯性测量单元、所述相机连接的工控机。主要是基于所述标定板对所述相机进行内参标定，对所述相机和所述惯性测量单元进行时延标定，以使所述惯性测量单元的检测数据与所述相机的图像数据同步。然后根据所述相机的内参和所述图像数据，应用视觉里程计估计所述相机的运动数据，并通过pnp算法消除所述视觉里程计的累计误差，以得到精确运动数据，最后通过所述精确运动数据和所述检测数据，标定所述惯性测量单元的内参。在上述方法中，通过普通的转台来控制相机与惯性测量单元进行检测，并通过相机来校准所述惯性测量单元的检测数据，从而实现了在标定所述惯性测量单元内参的同时，节约了标定的成本。