联合标定方法的工程实现路径

面向全自主扫地机器人的多相机与IMU联合标定方法，需兼顾技术精度与工程落地性，结合消费级硬件平台与生产场景，设计简洁、高效、可操作的实现路径，具体分为五个步骤，适配批量生产与用户自主标定需求。

（一）标定环境与设备准备

1.  标定物准备：选择尺寸精准的棋盘格标定板，方格边长根据机器人多相机的共同视野确定（如20mm），标定板需平整、无磨损、无反光，固定在可调节支架上，确保能够在多相机的共同视野范围内灵活调整角度与位置。

2.  标定环境搭建：选择光线均匀、无遮挡、无反光的室内环境，避免阳光直射与光线昏暗，环境温度控制在15-30℃，减少温度对IMU零偏的影响；清理标定区域的障碍物，确保扫地机器人能够自由移动，完成各类姿态运动。

3.  设备检查与调试：将多相机与IMU安装在扫地机器人的预设位置，确保安装牢固、无松动、无偏移；启动机器人的图像采集与IMU数据采集功能，调试设备参数，确保图像采集清晰、IMU数据稳定，记录每台相机与IMU的型号与安装位置信息。

（二）多相机内参与外参标定实现

1.  内参标定：启动图像采集软件，分别控制每台相机采集标定物图像，调整标定板的角度（0°-90°）与位置，每台相机采集15-20幅图像，确保每幅图像中标定板特征点清晰；对图像进行预处理（灰度化、高斯滤波、边缘检测），采用Shi-Tomasi角点检测算法提取特征点，通过张正友标定法求解内参，利用Levenberg-Marquardt算法优化参数，保存每台相机的内参文件。

2.  外参标定：同步启动多相机图像采集功能，调整标定板位置与角度，采集10-15幅同步图像；通过特征匹配算法，建立不同相机之间的特征点对应关系，求解多相机之间的外参（旋转矩阵、平移向量）；将外参应用于多相机图像融合，观察图像对齐效果，计算对齐误差，若误差超出1像素，重新采集图像并求解外参，直至满足精度要求。

（三）IMU零偏标定实现

将扫地机器人放置在水平、静止的平面上，启动IMU数据采集功能，持续采集30-60秒静止数据，通过均值滤波算法求解角速度与加速度的零偏值；将零偏值保存到IMU参数文件中，同时记录当前环境温度，建立零偏与温度的映射关系，为后续动态零偏补偿提供依据。

（四）联合标定实现

1.  数据同步采集：启动多相机与IMU同步采集功能，控制扫地机器人做多种姿态运动，包括匀速直线运动（速度0.1-0.3m/s）、匀速旋转运动（角速度10-20°/s）、变速运动、转弯运动等，每类运动持续30-60秒，确保采集的数据能够覆盖机器人常见工作姿态；记录每帧数据的时间戳，确保数据同步性；采集完成后，筛选异常数据（模糊图像、IMU数据突变），保留有效数据。

2.  时间同步与误差修正：采用线性插值算法，基于时间戳将IMU数据插值到相机采集的时间点，实现数据同步；结合多相机内参，修正相机畸变误差；利用静态零偏值与温度映射关系，修正IMU零偏误差，确保数据准确性。

3.  空间外参求解与优化：采用基于图优化的联合标定算法，将多相机外参、IMU零偏、时间同步参数融入优化模型，建立约束方程，求解相机坐标系与IMU坐标系之间的空间外参；通过非线性优化算法迭代优化参数，降低重投影误差与定位误差，确保外参精度；将优化后的所有标定参数整合，保存为统一的标定参数文件，集成到扫地机器人的感知系统中。

（五）标定精度验证与维护

1.  精度验证：将标定参数应用于扫地机器人，模拟家庭复杂户型，测试机器人的定位精度（要求定位误差≤5cm，复杂场景≤8cm）、姿态误差（≤1°，复杂场景≤1.5°）、避障成功率（≥97%）与清洁覆盖率（≥98%）；通过计算重投影误差（≤0.5像素）、时间同步误差（≤5ms），验证标定精度，若不满足需求，重新调整标定流程与参数，重复标定。

2.  参数维护：建立标定参数维护机制，在机器人系统中添加标定提醒功能，建议用户每3-6个月重新标定一次；针对灰尘、振动导致的参数漂移，提供简易自主标定流程，用户无需专业知识，仅需按照提示放置标定板、控制机器人完成简单运动，即可完成重新标定，确保感知系统长期稳定运行。