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汽車制造

如何提高激光雷達標(biāo)定精度?

星之球科技 來源:網(wǎng)易2022-02-15 我要評論(0 )   

機器視覺的基本任務(wù)之一是從攝像機獲取圖像信息并計算三維空間中物體的幾何信息,以此重建和識別物體。而空間物體表面某點的三維幾何位置與其在圖像中對應(yīng)點之間的相互...

機器視覺的基本任務(wù)之一是從攝像機獲取圖像信息并計算三維空間中物體的幾何信息,以此重建和識別物體。而空間物體表面某點的三維幾何位置與其在圖像中對應(yīng)點之間的相互關(guān)系是由攝像機成像的幾何模型決定的,這些幾何模型參數(shù)就是攝像機參數(shù)。在大多數(shù)條件下,這些參數(shù)必須通過實驗與計算才能得到,這個過程被稱為攝像機定標(biāo)(或稱為標(biāo)定)。

標(biāo)定過程就是確定攝像機的幾何和光學(xué)參數(shù),以及攝像機相對于世界坐標(biāo)系的方位。由于標(biāo)定精度的大小,直接影響著機器視覺的精度。因此,只有做好了攝像機標(biāo)定工作,后續(xù)工作才能正常展開,可以說,提高標(biāo)定精度也是當(dāng)前科研工作的重要攻堅方向。

要使激光雷達實現(xiàn)高精度標(biāo)定,我們可以通過與相機進行聯(lián)合標(biāo)定的方式,借助標(biāo)定板,我們使用相機進行二維圖像上的object detection,激光雷達可以輔助測距,從而幫助我們判斷物體相對于相機坐標(biāo)系的位置。


如果是在SLAM等環(huán)境下標(biāo)定相機,我們常用的opencv,matlab標(biāo)定方法就已經(jīng)可以滿足標(biāo)定精度的需求。因為SLAM的定位精度是厘米級別的,但是如果要滿足工業(yè)級精度的需求,實現(xiàn)高精度的三維重建精度達到0.02mm,那么我們就必須要找到提升精度的方法。

在高精度三維重建領(lǐng)域,例如三維掃描儀,主要是主動打結(jié)構(gòu)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(biāo)定參數(shù)和圖像的匹配精度是影響三維重建的主要因素。在提高標(biāo)定板精度方面,我們在選擇標(biāo)定板時,需要對其物理尺寸進行考量,這是因為相機需要聚焦在特定的距離上標(biāo)定,這也關(guān)系到最終應(yīng)用的測量視場(FOV)。

此外,改變焦距長度會輕微地影響對焦距離,會影響之前的標(biāo)定結(jié)果。即使是光圈的改變,通常也會對標(biāo)定的有效性產(chǎn)生負面影響,這也是為什么要避免改動它們。為了精確地標(biāo)定,當(dāng)攝像機看到標(biāo)定目標(biāo)填充大部分圖像時,攝像機模型最好是受到約束的。

我們還可以通過第三方高精度測量設(shè)備測試,來衡量我們所使用的標(biāo)定板精度是否真正精確。這里有兩個方面需要注意,一是標(biāo)定板上圓與圓之間的距離是否準(zhǔn)確。二是我們所使用的標(biāo)定板材質(zhì)對標(biāo)定平面性會有一定影響,一般我們使用的標(biāo)定板有鋁制的,陶瓷的,玻璃的。隨著加工工藝的提升,標(biāo)定板的精度越來越好,但是標(biāo)定板的幾何參數(shù)我們需要進一步精確。

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

精度標(biāo)定是非常復(fù)雜的工作,由于此項工程存在很高的技術(shù)壁壘,提高標(biāo)定精度需要科研人員在相關(guān)領(lǐng)域進行多年的耕耘與研究。隨著定位技術(shù)的不斷發(fā)展,更創(chuàng)新、更前沿的新技術(shù)必然會出現(xiàn),并形成一系列的空間定位行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,滿足各行業(yè)不同層次的應(yīng)用需求。隨著人工智能的發(fā)展,計算機視覺等方法被引入到定位過程中,有利于抵抗多徑效應(yīng),提升定位精度,這對于推動定位技術(shù)的實際應(yīng)用與普及具有至關(guān)重要的意義。


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