IMU-Camera 联合标定资料总结

本文总结了IMU与相机联合标定的方法,包括Kalibr工具的使用,需要的内参、噪声和随机游走偏差的标定。介绍了imu_tk工具进行IMU内参标定,并探讨了标定不理想可能的原因。还提到了Allan方差在噪声和随机游走标定中的应用。提供了相关资源链接和操作建议。

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最近在研究imu和相机的联合标定方法,根据网上查到的资料和github上的开源工具总结如下。

1、联合标定的工具Kalibr

https://github.com/ethz-asl/kalibr

wiki写的很全了,总结以下要点:

需要:
1、内参:尺度,轴偏差、非线性(应用到raw measurements)

2、陀螺仪和加速度计的噪声和随机游走偏差

3、标定图像,很成熟了,使用ros中的工具箱就行。

采集图像:
需要激活所以的轴,20Hz的相机,200Hz的IMU

避免震动,看到有说法使用人手不行,需要机械臂

如果您正在使用具有对称性的校准目标(棋盘,圆网格),则必须避免可能导致目标姿态估计中的翻转的运动。 推荐使用Aprilgrid来完全避免这个问题。

中文博客教程:

https://blog.youkuaiyun.com/wwchen61/article/details/78013962    

https://www.2cto.com/kf/201709/682389.html

https://blog.youkuaiyun.com/Binbin_Sun/article/details/53791404提到:

当前标定的结果,主要基于以下两个方面判定:

* 真实的IMU坐标系和相机坐标系的转换,即相机和IMU的物理距离
* 标定结果的稳定性上
标定的结果一直无法令人满意:
可能的原因
    选择的内参数值
    畸变系数的选择
    采集过程中出现的晃动
    坐标系混乱

2、IMU内参标定工具imu_tk
<
### Camera-IMU 联合标定方法 #### 方法概述 Camera-IMU联合标定旨在建立相机和惯性测量单元(IMU)之间的几何关系以及同步特性。通过这种方式,可以实现多传感器融合,提高系统的鲁棒性和精度。通常情况下,该过程涉及两个主要方面:外参估计和时间同步校准。 对于外参数的求解,一般采用特定模式下的观测数据来构建优化问题并求得最优解;而对于内参数,则可能涉及到更复杂的非线性最小二乘法等问题解决策略[^1]。 #### 时间同步调整 考虑到不同设备间可能存在固有的延迟差异,在实际应用中还需要考虑如何消除这种偏差带来的影响。具体来说,就是找到一个合适的时间戳转换函数\(t_{IMU}=t_{cam}+t_d\) ,使得来自两者的信号能够尽可能精确地对应起来[^2]。 #### 实现方式 为了简化这一复杂的过程,研究者们开发了一些开源软件包用于辅助完成这项工作。例如ROS(机器人操作系统),它提供了丰富的功能模块支持用户快速搭建实验环境,并且可以通过`rosbag record`命令轻松记录下所需的原始传感信息流以便后续处理分析。 另外值得注意的是,在某些场景下还可以借助视觉里程计VO或者SLAM算法所提供的轨迹作为参考来进行间接式的相对位姿匹配操作,从而进一步提升整体性能表现。 ```bash # 录制包含IMU相机话题的数据集 rosbag record /camera/image_raw /imu/data ``` #### 数据预处理与特征提取 当获取到足够的样本之后,下一步便是从中抽取有用的信息片段供接下来的计算使用。这里会涉及到图像帧的选择、角点检测等一系列计算机视觉技术的应用。与此同时也要注意对加速度计/陀螺仪输出做必要的滤波平滑化处理以减少高频干扰成分的影响[^3]。 ```python import cv2 as cv from scipy.interpolate import splprep, splev def get_camera_angular_velocity(image_points): """基于样条插值得到任意时刻相机旋转角度""" tck, u = splprep([pts[:,0], pts[:,1]], s=0) new_u = np.linspace(u.min(), u.max(), num=len(pts)*10) interpolated_pts = splev(new_u, tck) # 计算相邻两点间的向量变化率即为瞬时角速度 angular_velocities = [] for i in range(len(interpolated_pts)-1): vec_diff = (interpolated_pts[i+1]-interpolated_pts[i]) angle_change = np.arctan2(vec_diff[1], vec_diff[0]) time_interval = timestamps[i+1] - timestamps[i] angular_velocities.append(angle_change/time_interval) return angular_velocities ```
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