[VINS]IMU与相机之间旋转量的标定
VINS-Mono[1]中IMU-Camera外参旋转量\(R_b^c\)的计算方法在他们实验室发的之前的论文有详细讲解[2]。视觉利用匹配特征点中的基础矩阵求出相机坐标系下两帧的旋转量\(R_{c_k}^{c_{k+1}}\),通过IMU预积分得到的两帧之间IMU坐标系下的旋转量$ R_{b_k}^{b_{k+1}}$,两个旋转量满足:
\]
四元数表示,则有
\]
将四元数乘法运算化为一个\(4 \times 4\)的矩阵运算,YouTube上有个很好的视频讲解[3]。伯克利CS184也作出很好的讲解[4],使用行向量表示四元数,推过程类似。这里做简单的归纳讲述。两个四元数分别为:\(q_a=\left[\begin{array} {c}{x_a}\\{y_a}\\{z_a}\\{w_a} \end{array}\right]\),\(q_b=\left[\begin{array} {c}{x_b}\\{y_b}\\{z_b} \\{w_b}\end{array}\right]\)。更具四元数乘法规则,可以得到:
\]
记\(q_{xyz}=\left[\begin{array}{c}x & y & z \end{array} \right]\),\(q_{xyz}^{\wedge}=\left[\begin{array}{c}0 & -z & y \\ z & 0 & -x \\ -y & z & 0 \end{array} \right]\), 则有:
\]
同样的,我们整理\((3)\)式按照\(b\)排序,则有:
\]
那么,同样有我们就有左乘法四元数的矩阵:
\]
然后,我们整理\((2)\)式得到:
\]
取IMU旋转角\(\left\{q_{b_k} ^{b_{k+1}},q_{b_{k+1}} ^{b_{k+2}}...q_{b_{k+n-1}} ^{b_{k+n}}\right\}\),相机旋转角\(\left\{q_{ck} ^{c_{k+1}},q_{c_{k+1}} ^{c_{k+2}}...q_{c_{k+n-1}} ^{c_{k+n}}\right\}\),构建矩阵\(\rm{A}_{4n \times 4}\) 使用SVD分解该最小二乘问题[5]。
\]
最小二乘解即为最小奇异值对应V的特征向量,即\(A^TA\)最小特征值对应V的特征向量。在VINS-Mono中,加入每组旋转角相差的加入权重Huber,再去最后的一列的特征向量作为最小二乘的解。
bool InitialEXRotation::CalibrationExRotation(vector<pair<Vector3d, Vector3d>> corres, Quaterniond delta_q_imu, Matrix3d &calib_ric_result)
{
frame_count++;
Rc.push_back(solveRelativeR(corres));//帧间cam的R,由对极几何得到
Rimu.push_back(delta_q_imu.toRotationMatrix());//帧间IMU的R,由IMU预积分得到
Rc_g.push_back(ric.inverse() * delta_q_imu * ric);//每帧IMU相对于起始帧IMU的R
Eigen::MatrixXd A(frame_count * 4, 4);
A.setZero();
int sum_ok = 0;
for (int i = 1; i <= frame_count; i++)
{
Quaterniond r1(Rc[i]);
Quaterniond r2(Rc_g[i]);
double angular_distance = 180 / M_PI * r1.angularDistance(r2);
ROS_DEBUG(
"%d %f", i, angular_distance);
double huber = angular_distance > 5.0 ? 5.0 / angular_distance : 1.0;
++sum_ok;
Matrix4d L, R;
//求Q_L
double w = Quaterniond(Rc[i]).w();
Vector3d q = Quaterniond(Rc[i]).vec();
L.block<3, 3>(0, 0) = w * Matrix3d::Identity() + Utility::skewSymmetric(q);
L.block<3, 1>(0, 3) = q;
L.block<1, 3>(3, 0) = -q.transpose();
L(3, 3) = w;
//求Q_R
Quaterniond R_ij(Rimu[i]);
w = R_ij.w();
q = R_ij.vec();
R.block<3, 3>(0, 0) = w * Matrix3d::Identity() - Utility::skewSymmetric(q);
R.block<3, 1>(0, 3) = q;
R.block<1, 3>(3, 0) = -q.transpose();
R(3, 3) = w;
A.block<4, 4>((i - 1) * 4, 0) = huber * (L - R);
}
JacobiSVD<MatrixXd> svd(A, ComputeFullU | ComputeFullV);
Matrix<double, 4, 1> x = svd.matrixV().col(3); //取最后一列,最小奇异值对应的特征向量为最优解
Quaterniond estimated_R(x);
ric = estimated_R.toRotationMatrix().inverse();
//cout << svd.singularValues().transpose() << endl;
//cout << ric << endl;
Vector3d ric_cov;
ric_cov = svd.singularValues().tail<3>();
if (frame_count >= WINDOW_SIZE && ric_cov(1) > 0.25)
{
calib_ric_result = ric;
return true;
}
else
return false;
}
[[3]](#CS184),另外一种方法是,设两个四元数分别为:$q_a=\left[\begin{array} {c}{x_a}\end{array}\right]$,$q_b=\left[\begin{array} {c}{x_b}\end{array}\right]$。
$$q_a \otimes q_b=\left[\begin{array}{c}{x_a w_b+y_a z_b-z_a y_b+w_a x_b}\\{-x_a z_b+y_a w_b+z_a x_b+w_a y_b}\\{x_a y_b-y_a x_b + z_a w_b+w_a z_b}\\{-x_a x_b-y_a y_b-z_a z_b+w_a w_b} \end{array}\right]^T= \left[\begin{array}{c} x_a &y_a&z_a&w_a \end{array} \right]\left[\begin{array}{c}w_b & -z_b & y_b & -x_b\\ z_b & w_b & -x_b & -y_b\\-y_b & x_b & w_b & -z_b\\ x_b & y_b &z_b & w_b\end{array} \right]$$ -->
参考:
[1]VINS-Mono
[2]Monocular Visual–Inertial State Estimation With Online Initialization and Camera–IMU Extrinsic Calibration
[3]Quaternions as 4x4 Matrices - Connections to Linear Algebra
[4]CS184: Using Quaternions to Represent Rotation
[5]SVD分解及线性最小二乘问题
[6]VINS 估计器之外参初始化
[VINS]IMU与相机之间旋转量的标定的更多相关文章
- VIO系统的IMU与相机时间偏差标定
视觉里程计(VIO)作为一种空间定位方法,广泛应用于VR/AR.无人驾驶和移动机器人,比如近年火热的苹果 AR-Kit和谷歌AR-Core都使用了VIO技术进行空间定位.通常,VIO系统忽略IMU ...
- 3D Computer Grapihcs Using OpenGL - 17 添加相机(旋转)
在11节我们说过,MVP矩阵中目前只应用了两个矩阵,World to View 矩阵被省略了,这就导致我们的画面没有办法转换视角. 本节我们将添加这一环节,让相机可以旋转. 为了实现这一目的,我们添加 ...
- 通过Rabbitmq从ipone手机传输imu和相机数据到电脑端
https://github.com/tomas789/iOSmsg_client https://github.com/tomas789/iOSmsg 通过xcode工具把iosmsg打包发布到ip ...
- 论文阅读:LIC-Fusion: LiDAR-Inertial-Camera Odometry
本文提出了一种紧耦合的多传感器(雷达-惯导-相机)融合算法,将IMU测量.稀疏视觉特征.提取的激光点融合.提出的算法在时间和空间上对三个异步传感器进行在线校准,补偿校准发生的变化.贡献在于将检测和追踪 ...
- VINS(四)初始化与相机IMU外参标定
和单目纯视觉的初始化只需要获取R,t和feature的深度不同,VIO的初始化话通常需要标定出所有的关键参数,包括速度,重力方向,feature深度,以及相机IMU外参$R_{c}^{b}$和$p_{ ...
- 解放双手——相机与IMU外参的在线标定
本文作者 沈玥伶,公众号:计算机视觉life,编辑部成员 一.相机与IMU的融合 在SLAM的众多传感器解决方案中,相机与IMU的融合被认为具有很大的潜力实现低成本且高精度的定位与建图.这是因为这两个 ...
- 相机imu外参标定
1. 第一步初始化imu外参(可以从参数文档中读取,也可以计算出),VINS中处理如下: # Extrinsic parameter between IMU and Camera. estimate_ ...
- 相机IMU融合四部曲(三):MSF详细解读与使用
相机IMU融合四部曲(三):MSF详细解读与使用 极品巧克力 前言 通过前两篇文章,<D-LG-EKF详细解读>和<误差状态四元数详细解读>,已经把相机和IMU融合的理论全部都 ...
- VINS 估计器之结构初始化
为什么要初始化 非线性VINS估计器的性能对于初始的速度,尺度,重力向量,空间点3D位置,以及外参等非常敏感.在很多场合中,能做到相机和IMU即插即用,线上自动校准与初始化,将会给用户带来极大的方便性 ...
随机推荐
- nginx报错 nginx: [alert] kill(25903, 1) failed (3: No such process)
当nginx 中报错 时 nginx报错 nginx: [alert] kill(25903, 1) failed (3: No such process) 通过在nginx/sbin,目录下 运行命 ...
- 修改docker下mysql配置
1.在/home/smile/docker/mysql/config/目录下增加一个文件 my.cnf # Copyright (c) , Oracle and/or its affiliates. ...
- JAVA 第十一周学习总结
20175308 2018-2019-2 <Java程序设计>第十一周学习总结 教材学习内容总结 13.1 URL类: URL类是java.net包中的一个类,用URL创建的对象可以获取U ...
- HDU 6625 (01字典树)
题意:给定两个长为n的数组a和b:重新排列a和b,生成数组c,c[i]=a[i] xor b[i]:输出字典序最小的c数组. 分析:将a中的数插入一颗01字典树a中:将b中的数插入一颗01字典树b中: ...
- linux下插入U盘自动挂载后,用C获取其挂载点(cat /proc/mounts)
现在已经能够通过libudev获取U盘插入时它的节点名(通过函数udev_device_get_devnode()),是/dev/sdb1 我现在的做法是读取/proc/mounts文件,找到有/de ...
- Android传感器【转】
本文转载自:http://blog.csdn.net/ffmxnjm/article/details/52101592?locationNum=3&fps=1 传感器的意义 事实上,目前智能手 ...
- [NLP] nlp-lstm-cos -> sin
LSTM 看了官方lstm以及相关原理,然后自己按照理解写了一遍,然后在网上看到cos预测sin问题,然后用lstm完成了建模. 看到好多论文里图像文本特征用lstm的,对学ocr有点帮助. 官方ls ...
- 数据库之SQL语句查询基础
人的一生要疯狂一次,无论是为一个人,一段情,一段旅途,或一个梦想. 人没有梦想是荒废的,是漫无目的的,拥有梦想你会飞的更远. 下面我就来为大家介绍一下SQL语句的查询基础,以下使用MySchool数据 ...
- 2018.03.26 Python-Pandas 字符串常用方法
import numpy as np import pandas as pd 1 #字符串常用方法 - strip s = pd.Series([' jack ','jill',' jease ',' ...
- linux中从一台机器复制文件或目录到另一台机器上linux机器上
本机IP:x.x.x.1需要拷贝的机器IP:x.x.x.2用户名:ssh_user 目的:将本机中source_path路径下的文件或目录拷贝到另一台机器的destination_path/路径下 复 ...