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汽車製造

如何提高激光雷達標定精度?

星之球科技 來源:網易2022-02-15 我要評論(0 )   

機器視覺的基本任務之一是從(cong) 攝像機獲取圖像信息並計算三維空間中物體(ti) 的幾何信息,以此重建和識別物體(ti) 。而空間物體(ti) 表麵某點的三維幾何位置與(yu) 其在圖像中對應點之間的相互...

機器視覺的基本任務之一是從(cong) 攝像機獲取圖像信息並計算三維空間中物體(ti) 的幾何信息,以此重建和識別物體(ti) 。而空間物體(ti) 表麵某點的三維幾何位置與(yu) 其在圖像中對應點之間的相互關(guan) 係是由攝像機成像的幾何模型決(jue) 定的,這些幾何模型參數就是攝像機參數。在大多數條件下,這些參數必須通過實驗與(yu) 計算才能得到,這個(ge) 過程被稱為(wei) 攝像機定標(或稱為(wei) 標定)。

標定過程就是確定攝像機的幾何和光學參數,以及攝像機相對於(yu) 世界坐標係的方位。由於(yu) 標定精度的大小,直接影響著機器視覺的精度。因此,隻有做好了攝像機標定工作,後續工作才能正常展開,可以說,提高標定精度也是當前科研工作的重要攻堅方向。

要使激光雷達實現高精度標定,我們(men) 可以通過與(yu) 相機進行聯合標定的方式,借助標定板,我們(men) 使用相機進行二維圖像上的object detection,激光雷達可以輔助測距,從(cong) 而幫助我們(men) 判斷物體(ti) 相對於(yu) 相機坐標係的位置。


如果是在SLAM等環境下標定相機,我們(men) 常用的opencv,matlab標定方法就已經可以滿足標定精度的需求。因為(wei) SLAM的定位精度是厘米級別的,但是如果要滿足工業(ye) 級精度的需求,實現高精度的三維重建精度達到0.02mm,那麽(me) 我們(men) 就必須要找到提升精度的方法。

在高精度三維重建領域,例如三維掃描儀(yi) ,主要是主動打結構光的方式,通過解碼利用三角測量原理來重建三維模型的。因此相機的標定參數和圖像的匹配精度是影響三維重建的主要因素。在提高標定板精度方麵,我們(men) 在選擇標定板時,需要對其物理尺寸進行考量,這是因為(wei) 相機需要聚焦在特定的距離上標定,這也關(guan) 係到最終應用的測量視場(FOV)。

此外,改變焦距長度會(hui) 輕微地影響對焦距離,會(hui) 影響之前的標定結果。即使是光圈的改變,通常也會(hui) 對標定的有效性產(chan) 生負麵影響,這也是為(wei) 什麽(me) 要避免改動它們(men) 。為(wei) 了精確地標定,當攝像機看到標定目標填充大部分圖像時,攝像機模型最好是受到約束的。

我們(men) 還可以通過第三方高精度測量設備測試,來衡量我們(men) 所使用的標定板精度是否真正精確。這裏有兩(liang) 個(ge) 方麵需要注意,一是標定板上圓與(yu) 圓之間的距離是否準確。二是我們(men) 所使用的標定板材質對標定平麵性會(hui) 有一定影響,一般我們(men) 使用的標定板有鋁製的,陶瓷的,玻璃的。隨著加工工藝的提升,標定板的精度越來越好,但是標定板的幾何參數我們(men) 需要進一步精確。

除了通過標定板標定,我們(men) 還能通過優(you) 化標定算法來達到提高精度的目的。在進行單目和雙目標定後,我們(men) 需要再加一部迭代優(you) 化方法,目標函數仍然是反投影殘差,優(you) 化變量依舊是相機的內(nei) 外參數,優(you) 化的時候可以使用真實的3D點,並且加入透視偏差模型,得到更加精確的參數。但是有學者認為(wei) ,算法上的突破有限,我們(men) 還需從(cong) 硬件上找一些突破方法,比如提高相機分辨率,改變擺放標定板的方式等,這些都會(hui) 對標定精度產(chan) 生很大影響。

精度標定是非常複雜的工作,由於(yu) 此項工程存在很高的技術壁壘,提高標定精度需要科研人員在相關(guan) 領域進行多年的耕耘與(yu) 研究。隨著定位技術的不斷發展,更創新、更前沿的新技術必然會(hui) 出現,並形成一係列的空間定位行業(ye) 標準與(yu) 規範,滿足各行業(ye) 不同層次的應用需求。隨著人工智能的發展,計算機視覺等方法被引入到定位過程中,有利於(yu) 抵抗多徑效應,提升定位精度,這對於(yu) 推動定位技術的實際應用與(yu) 普及具有至關(guan) 重要的意義(yi) 。


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