[发明专利]校准3D旋转差异的数学模型构建方法、校准方法及其装置

说明书

一种校准3D旋转差异的数学模型构建方法、校准方法及其装置，该数学模型构建方法包括：获取一运动检测装置的第一检测数据和一3D测量装置的第二检测数据；预设转换函数模型，通过该转换函数模型可将第一检测数据转换为对应的第一转换数据；建立损失函数，利用非线性最小二乘法对系数q_a和系数q_b进行优化求解；将优化求解出的系数q_a和系数q_b引入至转换函数模型，建立得到校准3D旋转差异的数学模型。所构建的数学模型可以使运动检测装置的坐标方向旋转到与3D测量装置的坐标方向一致，还可以使运动检测装置、3D测量装置的零度基准位置与坐标方向均保持一致，从而为校准运动检测装置和3D测量装置之间的3D旋转差异提供了条件。

技术领域

本发明涉及3D测量技术领域，具体涉及一种校准3D旋转差异的数学模型构建方法、校准方法及其装置。

背景技术

目标的姿态定位对于目标的识别以及图像的分析起着十分重要的作用，复杂背景中的目标姿态定位在军事、工业监控、交通控制管理等领域有着重要的应用。当前有采用激光测量技术对目标物体进行的三维测量的技术手段，也有利用双目立体视觉来对目标物体的三维信息进行获取的技术手段，还有利用角运动检测技术对目标物体的三维空间信息进行检测的技术手段。在实际应用中，通常借助3D测量仪对目标物体进行三维测量，以获得目标物体的三维表面信息或三维运动信息。

当前技术中，有多种测量刚体(是指形状和大小均不变的物体)的定向(或是朝向、旋转)的方式，例如：利用陀螺仪或3D测量仪来测量刚体的3D旋转状态，即位姿信息。然而，受3D测量仪的自身精度或者环境因素的影响，利用3D测量仪测量出的位姿信息往往可能存在误差，造成测量精度较低。此时，就需要借助一个高精度且校准过的陀螺仪做比对来确定3D测量仪得到的数据是否准确。但是，由于陀螺仪具有自身定义的坐标系，与3D测量仪采用的坐标系往往不一致，比如刚体往左边转90°，3D测量仪测出的刚体是朝着Y轴旋转90°，对于陀螺仪而言可能定义为朝Z轴或是X轴旋转90°，这样两者描述该90°的数值也不一样，因此会造成三维空间内的旋转差异；另外，陀螺仪和3D测量仪测量旋转的参考位置(零度基准位置)不一样时也会造成数据之间的差异。现有技术中缺乏一种简单有效的校准方式使陀螺仪和3D测量仪的坐标系及基准位置等保持一致。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何对两个定向测量仪器的旋转差异进行校准，以克服三维测量结果不准确的情形。为克服上述技术问题，本申请公开一种校准3D旋转差异的数学模型构建方法、校准方法及其装置。

根据第一方面，一种实施例中提供一种校准3D旋转差异的数学模型构建方法，包括：获取一运动检测装置的第一检测数据和一3D测量装置的第二检测数据；所述运动检测装置设置于待检测物体上，其与所述3D测量装置均用于对所述待检测物体的三维运动状态进行检测；预设转换函数模型，通过所述转换函数模型可将所述第一检测数据转换为对应的第一转换数据，所述转换函数模型通过重定义所述运动检测装置的坐标系转换系数q_a和重定义所述运动检测装置的零度基准位置转换系数q_b对所述第一检测数据进行3D旋转差异转换；根据所述第一检测数据、所述第二检测数据以及第一转换数据建立损失函数，利用非线性最小二乘法对所述系数q_a和所述系数q_b进行优化求解；将优化求解出的所述系数q_a和所述系数q_b引入至所述转换函数模型，建立得到校准3D旋转差异的数学模型，所述校准3D旋转差异的数学模型用于校准所述运动检测装置和所述3D测量装置之间的3D旋转测量差异。

所述预设转换函数模型，通过所述转换函数模型可将所述第一检测数据转换为对应的第一转换数据包括：令转换函数模型表示为q_gyro＝f(q_raw)，其中，q_gyro表示为将所述第一检测数据转换后的第一转换数据，q_raw表示为所述第一检测数据。