增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)攝像機(jī)-IMU相對(duì)姿態(tài)的自動(dòng)標(biāo)定研究.pdf

1、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興的人機(jī)交互技術(shù)，通過估計(jì)攝像機(jī)在3D場(chǎng)景中的位置，添加實(shí)時(shí)生成的虛擬3D部件、圖像和文字等信息,以增強(qiáng)用戶的使用體驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)是能夠?qū)崟r(shí)獲得攝像機(jī)在空間中的位置，而通過單一的視覺跟蹤方法很難獲得穩(wěn)定準(zhǔn)確的攝像機(jī)位置信息。通過將攝像機(jī)與慣性測(cè)量單元嚴(yán)格綁定，將兩種傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，可以顯著增強(qiáng)攝像機(jī)姿態(tài)跟蹤的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。使用不同的傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)位于不同的坐標(biāo)系中

2、，為了能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行融合，需要將不同傳感器的信息轉(zhuǎn)換到一個(gè)統(tǒng)一的坐標(biāo)系中。坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換前提是已知不同傳感器之間的相對(duì)位移與相對(duì)朝向。因此，不同傳感器的相對(duì)姿態(tài)是否準(zhǔn)確直接影響混合傳感器的跟蹤效果。
　　本文介紹了一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器的攝像機(jī)-IMU相對(duì)姿態(tài)的自動(dòng)標(biāo)定方法。通過在EKF中不斷估計(jì)IMU在世界坐標(biāo)系中的位置和朝向、攝像機(jī)在IMU坐標(biāo)系中的位置和朝向、IMU在世界坐標(biāo)系中的速度、IMU的線性加速度和角速度的漂移誤差，得

3、到最終的標(biāo)定結(jié)果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在系統(tǒng)的初始誤差較大以及受到較大的非線性噪聲的影響下，該方法仍然能夠?qū)z像機(jī)與IMU之間的相對(duì)位置與朝向進(jìn)行較為準(zhǔn)確的標(biāo)定。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　1)攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定與特征點(diǎn)匹配。通過重新設(shè)計(jì)攝像機(jī)標(biāo)定板可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別世界坐標(biāo)系原點(diǎn)位置和X軸與Y軸方向。
　　2)設(shè)計(jì)攝像機(jī)-慣性測(cè)量單元相對(duì)姿態(tài)標(biāo)定算法的EKF預(yù)測(cè)模型，通過使用當(dāng)前時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)信息預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的狀態(tài)矢