CN111220118B - 基于视觉惯性导航***的激光测距仪及测距方法 - Google Patents

基于视觉惯性导航***的激光测距仪及测距方法 Download PDF

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CN111220118B CN202010158980.3A CN202010158980A CN111220118B CN 111220118 B CN111220118 B CN 111220118B CN 202010158980 A CN202010158980 A CN 202010158980A CN 111220118 B CN111220118 B CN 111220118B
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Abstract

本发明涉及一种基于视觉惯性导航***的激光测距仪，其包括视觉惯性导航***、激光测距***和保护外壳，视觉惯性导航***包括一个具有固定基线的双目相机以及一块惯性测量单元，惯性测量单元位于双目相机中心，且双目相机和惯性测量单元之间已完成标定。激光测距***包括两个一字激光和一个激光测距模块，激光测距模块处在保护外壳前面开的槽中，且位置处在两个一字激光的交线上，保证激光测距模块瞄准处是两个一字激光发射的激光的交线处。本发明通过使用双目相机和惯性测量单元实现视觉惯性导航***对设备在空间中进行定位，通过激光测距模块和两个一字激光对目标进行测距，实现对空间中任意两点进行测距。

Description

基于视觉惯性导航***的激光测距仪及测距方法
技术领域
本发明属于激光测距技术领域，具体的，涉及一种基于视觉惯性导航***的激光测距仪及测距方法。
背景技术
激光测距在现在的测距技术中逐渐成为主流，如：手持激光测距仪的直线测距，飞行时间镜头对一平面进行测量，激光雷达可以进行一个半球面的距离测定。
随着各种激光类测距仪的不断出现和应用，目前激光测距传感器越来越朝着小型化、结构简单、高精度、高适用范围的方向发展，特别是随着数字处理技术的发展，激光测距技术将变的更加完善。如先进的背景抑噪技术和三角测量技术的引入，可以使激光测距传感器在更加复杂的情况下更好地工作。我们相信，随着技术的发展，激光测距传感器及激光测距技术一定会得到越来越广泛的应用。逐步取代现今的游标卡尺，千分尺，卷尺等。但仍然存在着如果被测物体间存在障碍而造成距离无法直接测量需要进过多次测量进行几何计算得出最终结果，存在较大不便和因为多次移动设备而造成的误差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于视觉惯性导航***的激光测距仪，采用双目相机与惯性测量单元结合进行空间定位与姿态检测，以双目相机为辅助，使用激光测距模块对目标点进行测定，可实现对空间中任意目标点间的距离的测量和相对空间位置的计算，不需要再对设备多次架设和进行最终的几何计算，提高了对任意点间测量的精度和简化了测量的步骤。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种基于视觉惯性导航***的激光测距仪，其包括用于进行空间定位和姿态检测的视觉惯性导航***、激光测距***以及保护外壳，所述视觉惯性导航***用于对测距仪进行空间定位，所述激光测距***用于测量被测目标到测距仪的距离，之后结合激光测距***进行测量时的空间定位信息和激光测距***返回的测量值计算出被测目标点的世界坐标；
所述视觉惯性导航***包括一个具有固定基线的双目相机以及一个惯性测量单元，所述惯性测量单元位于双目相机的中心处，所述视觉惯性导航***上开设有四个安装孔用于与保护外壳之间进行固定；
所述激光测距***包括两个一字激光和一个激光测距模块，两个一字激光平行放置于保护外壳的上部和其中一个侧部，所述激光测距模块固定在保护外壳上，且激光测距模块的位置处在两个一字激光的交线上，从而保证激光测距模块的测定线与两个一字激光发射的激光面的交线处于共线；
所述一字激光上设置有用于轴向固定的圆环形的槽，所述圆环形的槽与保护外壳上的环形凸起相嵌合，一字激光的两侧分别开有一个用于周向固定的长键；
在激光测距时，首先求得视觉惯性导航***与激光测距模块之间的标定，得到两者之间相对的旋转矩阵
Figure BDA0002405087250000021
和偏置矩阵
Figure BDA0002405087250000022
之后确定世界坐标系相对于地面的旋转矩阵
Figure BDA0002405087250000023
以及世界坐标系的位置，计算得到的两个被测目标相对于世界坐标系的位置，从而确定两个被测目标间的距离。
优选地，所述保护外壳包括前盖和后盖，所述前盖前方开设有一个长方形的槽，用于放置激光测距模块。
优选地，所述前盖上部和一个侧部分别设置有一个用于固定一字激光的半圆形槽，所述半圆形槽设置所述环形凸起，半圆形槽的上方开有一个用于放置一字激光的长键的键槽。
优选地，所述前盖内部设置有四个用于与视觉惯性导航***进行定位的凸起，所述前盖下方设置有与外部设备固定的安装孔。
优选地，两个一字激光的激光面相互垂直。
优选地，本发明还提供一种基于所述激光测距仪进行激光测距的方法，其包括以下步骤：
S1、对视觉惯性导航***与激光测距模块之间进行标定得到相对的旋转矩阵
Figure BDA0002405087250000024
和偏置矩阵
Figure BDA0002405087250000025
S2、确定测距仪初始放置平面的世界坐标系相对于地面的旋转矩阵
Figure BDA0002405087250000026
S3、确定第一个被测目标的相对于世界坐标系的位置：将测距仪由第一位置移动至第二位置，通过两个一字激光调整测距仪姿态使两个一字激光的交点处对准第一被测目标，测试读出激光测距模块返回的距离为Zv1＝[0，0，Z1],通过双目和惯性测量单元使用视觉惯性导航***计算出测距仪在第一位置相对于第二位置时的位移
Figure BDA0002405087250000027
和姿态
Figure BDA0002405087250000028
从而计算出第一被测目标相对于世界坐标系的位置
Figure BDA0002405087250000029
S4、确定第二个被测目标的相对于世界坐标系的位置：将测距仪由第二位置移动至第三位置处，通过两个一字激光笔调整测距仪姿态使两个一字激光的交点处对准第二被测目标，测试读出激光测距模块返回的距离为Zv2＝[0，0，Z2],通过双目和惯性测量单元使用视觉惯性导航***计算出测距仪在第三位置相对于第二位置时的位移
Figure BDA0002405087250000031
和姿态
Figure BDA0002405087250000032
从而计算出第二被测目标相对于世界坐标系的位置
Figure BDA0002405087250000033
S5、根据上述计算得到的两个被测目标相对于世界坐标系的位置，求得在世界坐标系中第二被测目标相对于第一被测目标的空间位置BA＝B-A，由S2得到的测距仪初始放置平面相对于地面的姿态
Figure BDA0002405087250000034
求得在以地面为基准的情况下第二被测目标相对于第一被测目标的空间位置
Figure BDA0002405087250000035
第二被测目标和第一被测目标之间的距离lengthAB＝|BA|＝|BAw|。
优选地，步骤S2中，将测距仪放于第一位置，并静止放于工作面，以此处作为测量时的世界坐标系的位置，通过加速度计测得此时三轴的加速度为aw＝[ax，ay，az]，以当地的重力加速度ag＝[0，g，0]为基准，由
Figure BDA0002405087250000036
求出世界坐标系相对于地面的旋转矩阵
Figure BDA0002405087250000037
优选地，步骤S1中，在标定板上选取三个角点，三个角点相对于标定板左上角的位置为(c1，d1，0)、(c2，d2，0)、(c3，d3，0)，双目相机经过角点检测求得三个角点在图像中的像素坐标，之后通过P3P算法，得到标定板相对于双目相机的空间姿态
Figure BDA0002405087250000038
与
Figure BDA0002405087250000039
之后确定两个一字激光在标定板上的投影位置，两个投影位置的交点即为激光测距模块的测量点，通过霍夫变换求得交点在双目相机中的像素坐标点为[xcv，ycv]，基于交点与标定板共面，设交点相对于标定板左上角的位置为(c4，d4，0)，利用上面P3P算法得到的标定板相对于相机的空间姿态Rp与Tp，进一步得到交点相对于相机的空间坐标为
Figure BDA00024050872500000310
结合相机模型的相机坐标系到像素平面坐标系的公式可以得到：
Figure BDA00024050872500000311
求解方程组可以得到：
Figure BDA00024050872500000312
从而得到交点相对于相机的空间位置[xc，yc，zc]，之后使用测光测距仪所返回的测量值Zvv，建立式
Figure BDA00024050872500000313
需测量3组以上点通过最小二乘法，求得视觉惯性导航***与激光测距模块之间的标定，从而得到相对的旋转矩阵
Figure BDA00024050872500000314
和偏置矩阵
Figure BDA00024050872500000315
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明使用双目相机与惯性测量单元结合实现的视觉惯性导航***，实现了测距***的空间定位和姿态检测，对不同点测量时无需手动测定和调试设备前后两次相对的空间位置，并且弥补了因为惯性测量单元长期工作会产生较大的误差积累，通过使用激光测距模块进行距离测定减少了工作时需要移动的距离。
(2)本发明使用激光进行测距，弥补了双目相机进行测距时因为基线固定而造成的测量距离限制，并且不同于结构光相机测距，激光测距在室内室外均可运行，而结构光在室外无法正常工作，虽然飞行时间相机可以在室内室外均可工作，但在因为功率限制而无法长距离检测，而激光测距模块可以达到上百米的检测距离，并且通过使用视觉惯性导航***可以在室内室外均可自主定位，同时也保证了激光测距模块能在最适工作距离内工作和测量精度。
(3)本发明通过激光测距，结合视觉惯性导航***对设备在空间的定位和姿态检测，通过对两次测定时的空间位置和姿态的变换，可以求出测定点间的距离与相对的空间位置。
(4)本发明初始时使用加速度计进行校正基准面信息，得到测定空间相对于地面的空间姿态，表示测定点间在以地面为基准时的相对的空间位置
Figure BDA0002405087250000041
附图说明
图1为本发明的激光测距***的结构示意图；
图2为本发明的一字激光的结构示意图；
图3为本发明的空间定位与姿态检测的示意图；
图4为本发明的进行初始化的示意图；
图5为本发明的进行测定的示意图；以及
图6为本发明标定板和标定示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和性能方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
如图1～4所示，本发明提供一种基于视觉惯性导航***的激光测距仪，其包括用于进行空间定位和姿态检测的视觉惯性导航***3、激光测距***以及保护外壳2，视觉惯性导航***3用于对被测目标进行定位，激光测距***用于测量被测目标之间的距离。
视觉惯性导航***3包括一个具有基线固定的双目相机、一个惯性测量单元7，基线固定的双目相机固定在安装板上，安装板位于保护壳体内部。双目相机包括两个摄像头5、6，惯性测量单元7位于双目相机的两个摄像头5、6的中心处，视觉惯性导航***3上开设有四个安装孔用于与保护外壳2之间进行固定。
激光测距***包括两个一字激光1和一个激光测距模块4，两个一字激光1平行放置于保护外壳2的上部和其中一个侧部，激光测距模块4固定在保护外壳2上，且激光测距模块4的位置处在两个一字激光1的交线上，从而保证激光测距模块4的测定线与两个一字激光1发射的激光面的的交线处于共线。
一字激光1上设置有用于轴向固定的圆环形的槽101，圆环形的槽101与保护外壳上的环形凸起102相嵌合，一字激光1的两侧分别开有一个用于周向固定的长键103。
保护外壳包括前盖1001和后盖1002，前盖1001前方开设有一个长方形的槽104，用于放置激光测距模块4。
前盖1001上部和一个侧部分别设置有一个用于固定一字激光1的半圆形槽105，半圆形槽105设置环形凸起102，半圆形槽105的上方开有一个用于放置一字激光的长键103的键槽106。
优选地，前盖1001内部设置有四个用于与视觉惯性导航***3进行定位的凸起，前盖1001下方设置有与外部设备例如三脚架进行固定的安装孔。
该测距仪的两个一字激光1的激光面相互垂直。该测距仪使用双目相机与惯性测量单元实现视觉惯性导航***进行***的空间定位与姿态检测，并完成了其与激光测距***的联合标定。
本发明还提供一种基于激光测距仪进行激光测距的方法，其包括以下步骤：
S1、对视觉惯性导航***3与激光测距模块4之间进行标定得到旋转矩阵
Figure BDA0002405087250000051
和偏置矩阵
Figure BDA0002405087250000052
图6为本方案的标定示意图，选取标定板的三个角点，其中图中17、18、22分别为标定板的3个角点，这3个角点相对于标定板左上角的位置为(c1，d1，0)、(c2，d2，0)、(c3，d3，0)。双目相机经过角点检测求得3个角点在图像中的像素坐标，之后通过P3P算法，得到标定板相对于相机的空间姿态
Figure BDA0002405087250000053
与
Figure BDA0002405087250000054
图6中20、21为两个一字激光在标定板上的投影，19为投影20、21的交点，同时也为激光测距模块的测量点，通过霍夫变换求得交点在相机中的像素坐标点为[xcv，ycv]，因为交点19与标定板共面，所以此处设交点相对于标定板左上角的位置为(c4，d4，0)，用上面P3P算法得到的标定板相对于相机的空间姿态Rp与Tp，可以得到交点相对于相机的空间坐标为
Figure BDA0002405087250000061
结合相机模型的相机坐标系到像素平面坐标系的公式可以得到
Figure BDA0002405087250000062
求解方程组可以得到：
Figure BDA0002405087250000063
从而得到交点19相对于相机的空间位置[xc，yc，zc]，之后使用测光测距仪所返回的测量值Zvv，建立式
Figure BDA0002405087250000064
需测量3组以上点通过最小二乘法，即可求得视觉惯性导航***3与激光测距模块4之间的标定，得到相对的旋转矩阵
Figure BDA0002405087250000065
和偏置矩阵
Figure BDA0002405087250000066
S2、确定测距仪初始放置平面的世界坐标系相对于地面的旋转矩阵
Figure BDA0002405087250000067
S3、确定第一个被测目标的相对于世界坐标系的位置：将测距仪由第一位置移动至第二位置，通过两个一字激光1调整测距仪姿态使两个一字激光的交点处对准第一被测目标，测试读出激光测距模块4返回的距离为Zv1＝[0，0，Z1],通过双目和惯性测量单元7使用视觉惯性导航***3计算出测距仪在第一位置相对于第二位置时的位移
Figure BDA0002405087250000068
和姿态
Figure BDA0002405087250000069
从而计算出第一被测目标相对于世界坐标系的位置
Figure BDA00024050872500000610
S4、确定第二个被测目标的相对于世界坐标系的位置：将测距仪由第二位置移动至第三位置处，通过两个一字激光笔调整测距仪姿态使两个一字激光的交点处对准第二被测目标，测试读出激光测距模块返回的距离为Zv2＝[0，0，Z2],通过双目和惯性测量单元使用视觉惯性导航***计算出测距仪在第三位置相对于第二位置时的位移
Figure BDA00024050872500000611
和姿态
Figure BDA00024050872500000612
从而计算出第二被测目标相对于世界坐标系的位置
Figure BDA00024050872500000613
S5、根据上述计算得到的两个被测目标相对于世界坐标系的位置，求得在世界坐标系中第二被测目标相对于第一被测目标的空间位置BA＝B-A，由S2得到的该测距***初始放置平面相对于地面的姿态
Figure BDA00024050872500000614
求得在以地面为基准的情况下第二被测目标相对于第一被测目标的空间位置
Figure BDA00024050872500000615
第二被测目标和第一被测目标之间的距离lengthAB＝|BA|＝|BAw|。
优选地，步骤S2中，将测距仪放于第一位置，并静止放于该测距***初始所放置的平面，以此处作为测量时的世界坐标系的位置，通过加速度计测得此时三轴的加速度为aw＝[ax，ay，az]，以当地的重力加速度ag＝[0，g，0]为基准，由
Figure BDA0002405087250000071
求出世界坐标系相对于地面的旋转矩阵
Figure BDA0002405087250000072
具体实施例
在本实施例中，已完成了对视觉惯性导航***3与激光测距模块4之间的标定得到了相对的旋转矩阵
Figure BDA0002405087250000073
和偏置矩阵
Figure BDA0002405087250000074
所有的数据计算过程全部都上传到电脑进行处理。
例如：对在测量物体间存在着障碍的直接测量：
图4示出了一种测试两个物体间的距离的方法，其包括以下步骤：
S1、如图4所示，要完成对两个目标9,10之间顶部距离的测量，但两个目标9,10之间存在墙体11而无法使用常规测距仪器进行直接测量。此时，将测距仪放于第一位置8，并静止放于该测距***初始所放置的平面12，并以此处作为接下来测量时的世界坐标系的位置，接下来通过加速度计测得此时三轴的加速度为aw＝[ax，ay，az]，以当地的重力加速度ag＝[0，g，0]为基准，由
Figure BDA0002405087250000075
求出世界坐标系相对于地面的旋转矩阵
Figure BDA0002405087250000076
若接下来需要以地面为基准时，只需再将
Figure BDA0002405087250000077
用上即可。
S2、移动测距仪从第一位置8至第二位置13处，通过两个一字激光笔调整测距仪姿态使两个一字激光的交点处对准目标15，测试读出激光测距模块返回的距离为Zv1＝[0，0，Z1],通过双目和惯性测量单元使用视觉惯性导航***计算出测距仪在第二位置13相对于第一位置8时的位移
Figure BDA0002405087250000078
和姿态
Figure BDA0002405087250000079
由此计算出目标点相对于世界坐标系的位置
Figure BDA00024050872500000710
Figure BDA00024050872500000711
S3、移动测距仪从第二位置13至第三位置14处，通过两个一字激光笔调整测距仪姿态使两个一字激光的交点处对准目标16，测试读出激光测距模块返回的距离为Zv2＝[0，0，Z2],通过双目和惯性测量单元使用视觉惯性导航***计算出测距仪在第三位置14相对于第一位置8时的位移
Figure BDA00024050872500000712
和姿态
Figure BDA00024050872500000713
由此计算出目标点相对于世界坐标系的位置
Figure BDA00024050872500000714
Figure BDA00024050872500000715
S4、根据上述计算到两个目标点A,B相对于世界坐标系的位置，可以求得在世界坐标系中B相对于A的空间位置BA＝B-A，由第1步得到的该测距***初始所放置的平面12相对于地面的姿态
Figure BDA00024050872500000716
可以求得在以地面为基准的情况下B相对于A的空间位置
Figure BDA00024050872500000717
Figure BDA00024050872500000718
A和B之间的距离lengthAB＝|BA|＝|BAw|。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种基于视觉惯性导航***的激光测距仪，其特征在于：其包括用于进行空间定位和姿态检测的视觉惯性导航***、激光测距***以及保护外壳，所述视觉惯性导航***用于对测距仪进行空间定位，所述激光测距***用于测量被测目标到测距仪的距离，之后结合激光测距***进行测量时的空间定位信息和激光测距***返回的测量值计算出被测目标点的世界坐标；
所述视觉惯性导航***包括一个具有固定基线的双目相机以及一个惯性测量单元，所述惯性测量单元位于双目相机的中心处，所述视觉惯性导航***上开设有四个安装孔用于与保护外壳之间进行固定；
所述激光测距***包括两个一字激光和一个激光测距模块，两个一字激光平行放置于保护外壳的上部和其中一个侧部，所述激光测距模块固定在保护外壳上，且激光测距模块的位置处在两个一字激光的交线上，从而保证激光测距模块的测定线与两个一字激光发射的激光面的交线处于共线；
所述一字激光上设置有用于轴向固定的圆环形的槽，所述圆环形的槽与保护外壳上的环形凸起相嵌合，一字激光的两侧分别开有一个用于周向固定的长键；
在激光测距时，首先求得视觉惯性导航***与激光测距模块之间的标定，得到两者之间相对的旋转矩阵
Figure FDA0002842593440000014
和偏置矩阵
Figure FDA0002842593440000015
之后确定世界坐标系相对于地面的旋转矩阵
Figure FDA0002842593440000013
以及世界坐标系的位置，计算得到的两个被测目标相对于世界坐标系的位置，从而确定两个被测目标间的距离；
基于所述的基于视觉惯性导航***的激光测距仪进行激光测距的方法，其包括以下步骤：
S1、对视觉惯性导航***与激光测距模块之间进行标定得到相对的旋转矩阵
Figure FDA0002842593440000016
和偏置矩阵
Figure FDA0002842593440000017
步骤S1中，在标定板上选取三个角点，三个角点相对于标定板左上角的位置为(c1，d1，0)、(c2，d2，0)、(c3，d3，0)，双目相机经过角点检测求得三个角点在图像中的像素坐标，之后通过P3P算法，得到标定板相对于双目相机的空间姿态
Figure FDA0002842593440000011
与
Figure FDA0002842593440000018
之后确定两个一字激光在标定板上的投影位置，两个投影位置的交点即为激光测距模块的测量点，通过霍夫变换求得交点在双目相机中的像素坐标点为[xcv，ycv]，基于交点与标定板共面，设交点相对于标定板左上角的位置为(c4，d4，0)，利用上面P3P算法得到的标定板相对于相机的空间姿态Rp与Tp，进一步得到交点相对于相机的空间坐标为
Figure FDA0002842593440000012
结合相机模型的相机坐标系到像素平面坐标系的公式可以得到：
Figure FDA0002842593440000021
求解方程组可以得到：
Figure FDA0002842593440000022
从而得到交点相对于相机的空间位置[xc，yc，zc]，之后使用测光测距仪所返回的测量值Zvv，建立式
Figure FDA0002842593440000023
需测量3组以上交点通过最小二乘法，求得视觉惯性导航***与激光测距模块之间的标定，从而得到相对的旋转矩阵
Figure FDA0002842593440000024
和偏置矩阵
Figure FDA0002842593440000025
S2、确定测距仪初始放置平面的世界坐标系相对于地面的旋转矩阵
Figure FDA0002842593440000026
步骤S2中，将测距仪放于第一位置，并静止放于工作面，以此处作为测量时的世界坐标系的位置，通过加速度计测得此时三轴的加速度为aw＝[ax，ay，az]，以当地的重力加速度ag＝[0，g，0]为基准，由
Figure FDA0002842593440000027
求出世界坐标系相对于地面的旋转矩阵
Figure FDA0002842593440000028
S3、确定第一个被测目标的相对于世界坐标系的位置：将测距仪由第一位置移动至第二位置，通过两个一字激光调整测距仪姿态使两个一字激光的交点处对准第一被测目标，测试读出激光测距模块返回的距离为Zv1＝[0，0，Z1]，通过双目和惯性测量单元使用视觉惯性导航***计算出测距仪在第一位置相对于第二位置时的位移
Figure FDA0002842593440000029
和姿态
Figure FDA00028425934400000210
从而计算出第一被测目标相对于世界坐标系的位置
Figure FDA00028425934400000211
S4、确定第二个被测目标的相对于世界坐标系的位置：将测距仪由第二位置移动至第三位置处，通过两个一字激光笔调整测距仪姿态使两个一字激光的交点处对准第二被测目标，测试读出激光测距模块返回的距离为Zv2＝[0，0，Z2]，通过双目和惯性测量单元使用视觉惯性导航***计算出测距仪在第三位置相对于第二位置时的位移
Figure FDA00028425934400000212
和姿态
Figure FDA00028425934400000213
从而计算出第二被测目标相对于世界坐标系的位置
Figure FDA00028425934400000214
S5、根据上述计算得到的两个被测目标相对于世界坐标系的位置，求得在世界坐标系中第二被测目标相对于第一被测目标的空间位置BA＝B-A，由S2得到的测距仪初始放置平面相对于地面的姿态
Figure FDA00028425934400000215
求得在以地面为基准的情况下第二被测目标相对于第一被测目标的空间位置
Figure FDA00028425934400000216
第二被测目标和第一被测目标之间的距离lengthAB＝|BA|＝|BAw|。
2.根据权利要求1所述的基于视觉惯性导航***的激光测距仪，其特征在于：所述保护外壳包括前盖和后盖，所述前盖前方开设有一个长方形的槽，用于放置激光测距模块。
3.根据权利要求2所述的基于视觉惯性导航***的激光测距仪，其特征在于：所述前盖上部和一个侧部分别设置有一个用于固定一字激光的半圆形槽，所述半圆形槽设置所述环形凸起，半圆形槽的上方开有一个用于放置一字激光的长键的键槽。
4.根据权利要求2所述的基于视觉惯性导航***的激光测距仪，其特征在于：所述前盖内部设置有四个用于与视觉惯性导航***进行定位的凸起，所述前盖下方设置有与外部设备固定的安装孔。
5.根据权利要求1所述的基于视觉惯性导航***的激光测距仪，其特征在于：两个一字激光的激光面相互垂直。
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CN114323026B (zh) * 2022-01-07 2023-02-17 苏州康多机器人有限公司 基于非连续侧基准面的导航方法、控制装置及移动设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105606127A (zh) * 2016-01-11 2016-05-25 北京邮电大学 一种双目立体相机与惯性测量单元相对姿态标定方法
CN105698699A (zh) * 2016-01-26 2016-06-22 大连理工大学 一种基于时间转轴约束的双目视觉测量方法
WO2019062291A1 (zh) * 2017-09-29 2019-04-04 歌尔股份有限公司 一种双目视觉定位方法、装置及***
CN109631887A (zh) * 2018-12-29 2019-04-16 重庆邮电大学 基于双目、加速度与陀螺仪的惯性导航高精度定位方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105606127A (zh) * 2016-01-11 2016-05-25 北京邮电大学 一种双目立体相机与惯性测量单元相对姿态标定方法
CN105698699A (zh) * 2016-01-26 2016-06-22 大连理工大学 一种基于时间转轴约束的双目视觉测量方法
WO2019062291A1 (zh) * 2017-09-29 2019-04-04 歌尔股份有限公司 一种双目视觉定位方法、装置及***
CN109631887A (zh) * 2018-12-29 2019-04-16 重庆邮电大学 基于双目、加速度与陀螺仪的惯性导航高精度定位方法

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