IMU-Camera的相对位姿标定方法及应用

摘要

IMU-Camera相对位姿标定及应用是指将惯性测量单元（IMU, Inertial measurement unit）刚性搭载在相机上，找到IMU坐标系和Camera坐标系之间姿态关系。进而利用IMU反馈的相机姿态变化数据实现电子稳像。由于传统意义上的电子稳像仅利用拍摄的图像中对应的灰度信息获取两帧之间的运动矢量及感知相机的姿态变化，因此在采集图像的过程中容易受到光照、物体遮挡、图像色调发生变化等因素的影响，加大了对于特征提取的难度，甚至无法识别。将IMU-Camera相对位姿进行标定并间接使用IMU姿态数据信息进行稳像就能够避免由这一系列因素导致问题。
　　本研究提出了一种不依赖于图像特征匹配的基于IMU-Camera相对位姿标定基础上的电子稳像方法。首先利用IMU三轴加速度数据，以及世界坐标系与Camera坐标系之间的旋转关系进行相对位姿标定，通过四元数法找到IMU坐标系和Camera坐标系之间的旋转关系。其次，对标定好的两个传感器进行触发时间同步，依据标定在同一坐标系下IMU和Camera的运动轨迹运动大小和方向一致。最后通过IMU获得的旋转矩阵，求解两帧图像之间的单应性关系，进而利用图像矩阵的逆映射实现图像稳定的目的。针对多种场景分别使用当前流行的算法与本文算法性能进行了比较分析。实验结果表明，采用基于IMU-Camera标定的电子稳像方法能够有效克服场景的限制，具有更高的鲁棒性和应用价值。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题的研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容及章节安排

第二章 相机标定算法关键技术分析

2.1相机标定的关键理论

2.2相机标定算法分析

2.3本章小结

第三章 IMU-Camera标定

3.1 IMU简介

3.2四元数的基本原理及性质

3.3基于IMU-Camera的标定技术

3.4实验结果及分析

3.5本章小结

4.1同步触发时间的意义

4.2牛顿插值算法

4.3基于最小二乘法的最小误差匹配

4.4实验结果及分析

4.5本章小结

第五章 IMU-Camera标定在电子稳像中的应用

5.1帧间单应性矩阵估计原理

5.2连续帧的抖动抑制

5.3实验结果及分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录