1 上海工程技术大学机械与汽车工程学院，上海 201620
2 上海卫星工程研究所，上海 200240
3 上海司南卫星导航技术股份有限公司，上海 201801
针对影像实时动态测量设备中相机和惯性测量单元（IMU）相对位置发生变化时，需要重新进行外参标定的问题，提出了一种Camera-IMU外参在线标定方法，能够在机械构型未知的情况下自动估计初始值和外参数。首先，使用全球卫星导航时间对齐IMU和相机的时间戳，通过奇异值分解求解旋转量的超定线性方程，改变阈值判定条件和加权方式，减少方程中的退化运动，并剔除外点，提高系统鲁棒性与外参精度，从而获得恒定的Camera-IMU旋转外参。然后基于获得的Camera-IMU旋转外参，固定滑动窗口，利用高斯牛顿法估计Camera-IMU的外参平移量。与原有在线标定方法相比，旋转外参标定方法的精度提高15%，平移外参的精度提高35%，实验结果表明所提方法是有效的。
相机和惯性测量单元 外参标定 初始化 惯性测量单元预积分 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411005
1 长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南 长沙 410114
2 国防科技大学系统工程学院，湖南 长沙 410003
在工程应用中使用三维激光雷达的基础是对激光雷达的外参数进行标定，而对激光雷达外参标定通常都需要其他传感器的数据进行联合标定，且标定方法复杂，过程耗时较长。对此，提出一种简便的自动标定算法。首先利用RANSAC算法拟出多个平面，并通过相邻点法向量的夹角进行平面的二次筛选得到其平面方程，再根据平面方程得到平面间的交点坐标，使用反对称矩阵构建旋转矩阵，进一步利用交点坐标在雷达坐标系与世界坐标系下的不同求得近似转换关系，最后利用最小二乘思想对近似矩阵进行优化，得到较为准确的旋转位移矩阵。所提算法可以在特征点、角点点云缺失的情况下，通过平面方程拟合出较为精确的角点。仿真结果表明，该算法是可行的。
三维激光雷达 外参标定 RANSAC算法 反对称矩阵 最小二乘 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2215006
1 太原科技大学机械工程学院，山西 太原 030024
2 海安太原科大高端装备及轨道交通技术研发中心，江苏 海安226600
异型微小构件是一种通过轧制、挤压、拉拔等工艺制成的形状复杂、加工边界不规则的结构件，被广泛应用于高端钟表、电子五金、医疗器材等行业。在目前的生产过程中，多通过人工利用显微镜实现异型微小构件的几何尺寸测量，存在劳动强度大、生产效率低、测量精度不稳定等问题。鉴于此，提出一种利用线结构光的异型微小构件几何尺寸测量方法。首先，利用张正友标定法获取工业相机内外参数和畸变系数，结合Steger细化法和最小二乘法对线结构光平面进行标定；其次，基于Microsoft Foundation Classes和OpenCV编制异型微小构件几何尺寸测量程序；最后，利用标准量块对该方法的测量精度和可重复性进行评价，开展3种规格的异型微小构件几何尺寸测量试验。结果表明，无论是在宽度方向还是高度方向，该方法的整体测量误差均小于0.1 mm。该方法达到了较高的测量精度，能满足实际生产需求。
数字图像处理 线结构光 异型构件 参数标定 测量试验 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1512001
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
在船载试验环境中，电磁里程仪的速度会受到洋流速度的影响。对于激光惯导/里程仪组合导航系统，洋流速度的存在会影响组合导航系统相关参数的标定。为克服洋流速度对标定结果的影响，论文在原有标定参数基础上将洋流速度建模为额外Kalman滤波状态量，并采用GNSS位置、速度信息作为滤波观测量来对参数进行估计。文中从里程仪的标定观测方程出发，分析了洋流速度对里程仪比例因子、安装误差角等误差参数标定结果的影响，以及不同误差参数之间的耦合关系；基于可观性分析理论研究了洋流速度及相关参数的可观测性，并确定了适用于洋流速度估计的标定路径。仿真及试验结果表明，经过几次转弯机动之后，包括洋流速度在内的所有标定参数均可收敛到一个准确值，有效解决了洋流速度对其他标定参数的影响。海试试验验证了文中方法的可行性。
激光惯导 里程仪 洋流速度 参数标定 ring laser gyroscope INS electromagnetic log current velocity parameter calibration 红外与激光工程
2023, 52(6): 20230142
1 桂林电子科技大学，广西 桂林 541004
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
3 广西光电信息处理重点实验室，广西 桂林 541004
为了减小在提取目标偏振信息时器件参数偏差引起的误差，需要对器件参数进行检测标定。提出了通过Savart棱镜的分光成像实验对Savart棱镜的参数进行了标定的方法。基于分振幅偏振相机进行仿真，使用计算结构相似度和最小二乘拟合法对解调效果进行定量分析。通过偏振成像实验对不同偏振状态下的解调图进行了对比。分析了参数误差对不同Stokes分量的影响并验证了参数标定方法的有效性。
成像系统 偏振成像 分光棱镜 参数标定 频域解调 光学学报
2022, 42(21): 2111001
机器视觉应用场景复杂化和功能需求多元化给三维成像技术带来巨大挑战。针对复杂环境及受限空间的目标重建和场景感知问题，结构简单且性能可靠的单相机三维视觉成像技术能够提供重要的解决途径。在阐明单相机三维立体视觉成像理论模型的基础上，根据相机运动情况以及采用的反射、折射或衍射等附加光学元件的情况，分类介绍了单相机三维视觉成像系统组成、基本原理和实现方法。从视场范围、空间分辨率、视角灵活性、动态响应性、环境适应性等角度，分析了现有单相机三维视觉成像方法的优越性和局限性。围绕三维重建精度及成像质量提升问题，回顾了相机与附加光学元件未对准参数的主要标定方法。结合单相机三维视觉成像的技术挑战和应用前景，展望了其在实现大视场高分辨率、高动态高实时性、复杂环境适应性等方面的发展方向。
机器视觉 三维成像 立体视觉 相机运动 光学元件 参数标定 激光与光电子学进展
2022, 59(14): 1415007
1 中国矿业大学 信息与控制工程学院, 江苏 徐州 221116
2 地下空间智能控制教育部工程研究中心, 江苏 徐州 221116
针对多个固态激光雷达协同工作时, 需要准确地进行外参标定的实际需求, 提出一种基于点云配准的多固态激光雷达自动标定算法。该标定算法由标定物分割、初始配准和精确配准三个阶段构成。在标定物分割阶段, 首先通过叠加多帧非重复扫描数据制作标定点云, 再使用半径滤波和体素下采样滤波分割出纹理特征明显的目标点云。在初始配准阶段, 使用3D-HARRIS算法提取关键点, 并使用方向直方图(SHOT)特征描述子进行特征描述, 然后匹配对应点并使用采样一致算法完成初始配准; 在精配准阶段使用迭代最近邻(ICP)算法进行精确配准, 从而获得精确的外参标定效果。在Bunny兔数据集和现场获得的数据上进行实验, 结果表明, 当保证配准平均误差小于1mm的前提下, 所提出算法的性能优于多种现有算法。
外参标定 点云配准 固态激光雷达 描述子 external parameter calibration point cloud registration solid-state LiDAR descriptor
东北林业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150040
受到测量方法的限制,现有的辐射校准系统只能在小-中型红外成像模拟器光学系统的透过率发生变化时实现辐射测量,无法在大型红外成像模拟器的视场光阑发生变化时实现辐射测量。针对大型红外成像模拟器部分仿真状态无法评估的问题,提出基于成像/光强变化响应的测量方法,并设计新型红外辐射校准系统。系统研制完成后,针对红外成像模拟器多辐射参数测量的需求,提出多参数标定方法进行系统标定。系统的辐射照度为6×10 -10~7×10 -4 W/cm 2,工作波段为2.05~2.55 μm和3.70~4.80 μm,测量不确定度为1.88%。最后,利用新系统校准大型红外成像模拟器在不同仿真状态下的输出辐射。校准结果表明,新方法和新系统可以使大型红外成像模拟器在全仿真状态下实现多参数测量。
成像系统 红外成像模拟器 红外辐射校准系统 成像/光强变化响应 多参数标定
激光雷达和相机融合系统可感知环境的几何尺寸和颜色信息，在多个领域中得到了广泛应用。为了准确融合两种信息，提出了一种基于自然特征点的激光雷达和相机外部参数标定方法。首先，在激光雷达自校正的基础上，利用激光雷达数据的强度信息对点云以中心投影的方式生成灰度图。然后，通过尺度不变特征变换算法对投影生成的灰度图和相机图像进行特征点提取和匹配。最后，以同名特征点得到的信息建立标定数学模型，并进行数据优化，标定出三维激光雷达系统和相机系统的外部参数。实验结果表明，该方法计算的点云到图像像素点的重投影误差为2.3 pixel，验证了该位姿标定方法的有效性和准确性。
机器视觉 激光雷达 强度信息 相机 外参标定 尺度不变特征变换 激光与光电子学进展
2022, 59(2): 0215003
