针对视觉位姿估计特征点优化问题的详细研究

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前言

  本文主要针对PNP问题在工程使用的时候，如何布置合作特征的位置进行了一定的研究，探讨了合作特征的位置和尺寸对位姿估计精度的影响。

主要因素：

  （1）标志器与相机的相对距离：X和Y方向上的测量误差与相机和靶标的相对距离成正比例关系；Z轴的测量误差与相机和靶标的相对距离的平方成正比；

  （2）标志器（合作目标）的尺寸：标志器尺寸越大，误差越小；

  （3）相机焦距、象元尺寸和电路噪声：相机的焦距越长，相机的量化误差越小；相机的象元尺寸越小，相机的量化误差越小；

  （4）相机内参数标定误差和镜头像差：X和Y方向上的误差与焦距的标定误差没有直接关系；Z方向上的测量误差与焦距的标定误差成正比例关系；

  （5）特征点的中心提取精度：相机的量化误差和镜头畸变引起的特征点成像位置偏移已确定，可以对特征点的质心进行亚像素提取，通过提高质心提取精度来补偿相机的量化误差，提高测量精度；系统的测量精度与提取质心位置精度成正比例关系；

仿真结论：

  （1）测量距离是影响测量精度的首要因素，且Z轴的测量误差呈现指数增长；

  （2）X和Y方向上的测量误差与标志器的大小无关，Z方向上的误差与标志器尺寸成反比例关系，即大尺寸的特征点有助于提高特征点质心点提取精度，尤其是在测量距离较远时；

  （3）相机内参数标定误差对X和Y方向上的误差为0；对Z方向上的误差和测量距离的比值与焦距的标定误差和焦距的比例相同，即焦距的标定误差为千分之一，带来的测量误差与测量距离的比例也为千分之一；

  （4）特征点质心点提取精度是测量系统误差的最主要的来源

  （5）位姿解算算法的误差在5m内为10（-8）量级

特征标志点规划布局设计：

  （1）全场控制点：均匀分布在装配现场之中，一方面用于建立装配现场中的全局坐标系；