相机姿态安装误差对单目视觉定位精度的影响

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1、万方数据2012年第31卷第12期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)23相机姿态安装误差对单目视觉定位精度的影响曹毓，冯莹，赵立双，雷兵(国防科技大学光电科学与工程学院，湖南长沙410073)摘要：现有单目视觉定位方法由于相机姿态误差而存在定位精度不高的问题，但鲜见文献对此进行定量分析。针对该问题从定性分析和定量仿真的角度研究了相机姿态角的安装误差对单目视觉定位精度的影响。在距离为211．377m的平坦直线道路上进行了三组实验，实验结果和仿真结果吻合较好，经相机姿态安装误差校正以后，三组实

2、验中行驶轨迹弯曲的现象得到了纠正，并获得了最大误差0．45％的测距精度。所得结论对提高单目视觉定位精度具有指导意义。关键词：机器视觉；单目视觉定位；相机姿态测量；姿态安装误差中图分类号：TP212．9文献标识码：A文章编号：1000--9787(2012)12--0023--04EffectofattitudeinstallationerrorofcameraonPrecision0tmon0CUIarvisualodometry●■●1‘l·CAOYu，FENGYing，ZHAOLi-shuang，LEIBing(SchoolofOptoel

3、ectronicScienceandEngineering，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changslm410073，China)Abstract：Becauseoft11eattitudeerrorofcanlera．themonocularvisualodometryexistslOWprecision．Buttherearefewanalysisonthispwblem．Aimingatthisprobleminfluenceofattitudeinstallationerrorofcame

4、raonprecisionofmonocularvisualodometryfromthestandpointofqualitativeanalysisandquantitativesimulation．3groupsofexperimentsiscarriedoutonanstraight—and—evenroadwhichis211．377mlong．TheexperimentalresultcorlforIustothesimulationresult．Aftercalibrationofinstallatione玎_orofcamera

5、attitude．thebenttracksofvehicleisrectifiedandthemaximumrangingeITOris0．45％．Theconclusionhasguidancevalueinimprovingprecisionofmonocularvisualodometry．Keywords：machinevision；monocularvisualodometry；cameraattitudemeasurement；attitudeinstallationerror0引言视觉定位¨o是指依靠相机的视觉信息进行运动估计的

6、方法，主要分立体视觉定位和单目视觉定位两类。单目视觉定位卜引是指利用单一相机拍摄的图像序列来计算出视觉传感器的方向和位置的算法。相对于立体视觉定位算法而言，该方法由于设备安装方便、算法简单而得到越来越广泛的应用。但是当相机姿态存在误差时，传统单目视觉定位方法的定位精度较低。文献[2—4]采用了姿态传感器实时测量相机姿态并以此对图像实施透视校正的方法来提高单目视觉定位精度，但均未详细分析相机姿态误差对定位精度的影响。导致相机姿态存在误差的因素主要有2方面：由路面颠簸导致的姿态动态随机误差和由相机安装精度不高导致的姿态安装误差。其中，前者属对称误差

7、，而后者由于对定位精度的影响不可正负相消而属非对称误差，因此，微小的收稿日期：2012-05-21姿态安装误差量亦会导致单目视觉定位精度随定位距离的增加而显著下降。为此，有必要研究相机姿态安装误差对定位精度的影响。1理论分析与建模仿真1．1路面三维重建系统工作原理单目视觉定位系统和相机姿态角约定如图l所示。图中相机以正俯视架设方式拍摄路面图像，为保证车辆在较高速度行驶时相机拍摄的相邻两帧图像具有较高重叠率，其宽视场方向与车辆行驶方向平行。因此，相机安装正向与车辆前进方向成90。角，由此导致车辆的左右倾斜对应着相机俯仰角变化，车辆的前后俯仰对应相

8、机横滚角变化。根据19世纪80年代卡梅隆大学的MatthiesL等人‘61设计的视觉定位方法框架，单目视觉定位方法主要分为特征提取、特征匹配、运动估计