基于里程計(jì)法的雙目云高系統(tǒng)外參標(biāo)定研究

張友軍，張持健，謝婉怡，劉 勇，夏營(yíng)威，王依人

（1.安徽師范大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院，安徽 蕪湖 241002；2.中國(guó)科學(xué)院 合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，安徽 合肥 230031）

引言

云是大氣層中的水滴和冰晶[1]，在降雨、氣候變化等物理過(guò)程中充當(dāng)著重要的角色[2]。云底高度[3-4]作為云參數(shù)的一種在航空安全、氣候研究等許多鄰域有著重要的作用。

云底高測(cè)量方法主要有人工目測(cè)、探空、雷達(dá)探測(cè)、雙目成像技術(shù)[5]。人工目測(cè)和探空觀察時(shí)間長(zhǎng)、效率低；雷達(dá)只能單點(diǎn)測(cè)量且成本高。隨著視覺(jué)傳感器的發(fā)展，雙目成像技術(shù)被應(yīng)用于地基云底高觀測(cè)。Mark等人[6]利用雙目魚(yú)眼相機(jī)拍攝云體，采用光流法匹配云圖同名點(diǎn)，計(jì)算云底高度。光流法受到光照、相機(jī)曝光值的影響會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。陶法等人[7]采用基線60 m的一對(duì)攝像機(jī)，搭建雙目云高系統(tǒng)，采用歸一化互相關(guān)方法尋找同名點(diǎn)，然后匹配特征點(diǎn)得到相對(duì)視差計(jì)算云底高度，選擇星星作為標(biāo)定物易受天氣環(huán)境影響。

采用雙目成像技術(shù)測(cè)量云底高度時(shí)，針對(duì)無(wú)法準(zhǔn)確獲取同名點(diǎn)對(duì)以及外參標(biāo)定不準(zhǔn)確問(wèn)題，本研究將視覺(jué)里程計(jì)[8]法運(yùn)用到相機(jī)的外參標(biāo)定上，采用特征點(diǎn)提取與匹配獲取同名點(diǎn)，根據(jù)對(duì)極約束[9]求出外參。

1 雙目云高系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文搭建的雙目云高系統(tǒng)由2臺(tái)自主研發(fā)的ASC100成像儀[10]組成，外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。該設(shè)備可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)，同一時(shí)刻采集左右2張?zhí)炜請(qǐng)D像，為云高數(shù)據(jù)反演提供原始數(shù)據(jù)。

圖1 全天空云圖儀機(jī)械外形圖Fig.1 Mechanical outline diagram of all-sky nephogram instrument