[發(fā)明專利]基于天空偏振分布模型匹配的導(dǎo)航定位方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210504865.2
• 申請(qǐng)日: 2012-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102967311A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁華為;王道斌;梅濤;祝輝;許鐵娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01C21/02
• 分類號(hào): G01C21/02;G01C11/08
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所 34115
• 代理人: 吳娜;奚華保

1.一種基于天空偏振分布模型匹配的導(dǎo)航定位方法，該方法包括下列順序的步驟：

（1）以移動(dòng)機(jī)器人正方向?yàn)?度參考方向，采用偏振相機(jī)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人正上方的天空進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝，經(jīng)計(jì)算合成獲取實(shí)時(shí)天空偏振分布偽色彩圖像；

（2）對(duì)天空偏振分布偽色彩圖像進(jìn)行局部特征建模；

（3）對(duì)天空偏振分布偽色彩圖像的局部特征進(jìn)行穩(wěn)定特征點(diǎn)的提取、特征匹配，獲得天空偏振分布模型圖之間的仿射變換關(guān)系；

（4）根據(jù)天空偏振分布模型圖之間的仿射變換關(guān)系，計(jì)算移動(dòng)機(jī)器人的位置和航向。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于天空偏振分布模型匹配的導(dǎo)航定位方法，其特征在于：以移動(dòng)機(jī)器人正方向?yàn)?度參考方向，采用偏振方向分別為0度、45度和90度的三個(gè)偏振相機(jī)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人正上方的天空進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝，根據(jù)三個(gè)偏振相機(jī)拍攝的圖像，計(jì)算出移動(dòng)機(jī)器人正上方天空的天空偏振度分布和天空偏振角分布；根據(jù)所述天空偏振度分布和天空偏振角分布創(chuàng)建天空偏振度分布偽色彩圖像和天空偏振角分布偽色彩圖像；將天空偏振度分布偽色彩圖像與天空偏振角分布偽色彩圖像進(jìn)行合成，得到實(shí)時(shí)天空偏振分布偽色彩圖像。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于天空偏振分布模型匹配的導(dǎo)航定位方法，其特征在于：所述偏振相機(jī)是在鏡頭前加裝偏振片的相機(jī)，所述偏振方向指偏振片的偏振化方向。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于天空偏振分布模型匹配的導(dǎo)航定位方法，其特征在于：利用圖像邊緣提取方法對(duì)獲取的實(shí)時(shí)天空偏振分布偽色彩圖像進(jìn)行邊緣提取，得到天空偏振分布局部特征初圖，通過(guò)選擇性注意方法和稀疏化處理方法對(duì)天空偏振分布局部特征初圖進(jìn)行處理，得到天空偏振分布模式圖，完成天空偏振分布偽色彩圖像的局部特征建模。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于天空偏振分布模型匹配的導(dǎo)航定位方法，其特征在于：所述局部特征是指具有區(qū)域性分布差異的穩(wěn)定特征。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于天空偏振分布模型匹配的導(dǎo)航定位方法，其特征在于：采用SIFT算法對(duì)實(shí)時(shí)天空偏振分布偽色彩圖像的局部特征進(jìn)行穩(wěn)定特征點(diǎn)的提取，然后對(duì)所述穩(wěn)定特征點(diǎn)進(jìn)行特征匹配，獲取當(dāng)前時(shí)刻天空偏振分布模式圖和上一個(gè)時(shí)刻天空偏振分布模式圖之間的仿射變換關(guān)系。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于天空偏振分布模型匹配的導(dǎo)航定位方法，其特征在于：通過(guò)SIFT算法提取出穩(wěn)定特征點(diǎn)A，所述穩(wěn)定特征點(diǎn)A在前一時(shí)刻獲取的天空偏振分布模式圖中的坐標(biāo)為A(x₁,y₁)，在當(dāng)前時(shí)刻獲取的天空偏振分布模式圖中相匹配的坐標(biāo)為A(x₂,y₂)，則前一時(shí)刻獲取的天空偏振分布模式圖與當(dāng)前時(shí)刻獲取的天空偏振分布模式圖之間的仿射變換關(guān)系由式(1)表示：

式(1)中，t_x，t_y表征當(dāng)前時(shí)刻天空偏振分布模式圖與前一時(shí)刻天空偏振分布模式圖之間的仿射變換關(guān)系，其中表示仿射變換的旋轉(zhuǎn)角度，t_x表示仿射變換的橫向位移，t_y表示仿射變換的縱向位移。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于天空偏振分布模型匹配的導(dǎo)航定位方法，其特征在于：移動(dòng)機(jī)器人的位置和航向以GPS坐標(biāo)系進(jìn)行定義，移動(dòng)機(jī)器人在GPS坐標(biāo)系中的位置和航向用(La,Lo,θ)表示，其中La為移動(dòng)機(jī)器人所在位置的緯度，Lo為移動(dòng)機(jī)器人所在位置的經(jīng)度，θ為移動(dòng)機(jī)器人的航向，所述航向以正北方向?yàn)?度方向、以逆時(shí)針為正；

假設(shè)上一時(shí)刻移動(dòng)機(jī)器人在GPS坐標(biāo)系中的位置和航向?yàn)?La₀,Lo₀,θ₀)，其中La₀為移動(dòng)機(jī)器人上一時(shí)刻所在位置的緯度，Lo₀為移動(dòng)機(jī)器人上一時(shí)刻所在位置的經(jīng)度，θ₀為移動(dòng)機(jī)器人上一時(shí)刻所在位置的GPS航向；上一時(shí)刻天空偏振分布模式圖與當(dāng)前時(shí)刻天空偏振分布模式圖之間的仿射變換關(guān)系為t_x,t_y)，由公式(2)求解出移動(dòng)機(jī)器人當(dāng)前時(shí)刻的位置和航向(La₁,Lo₁,θ₁)：

其中La₁為移動(dòng)機(jī)器人當(dāng)前時(shí)刻所在位置的緯度，Lo₁為移動(dòng)機(jī)器人當(dāng)前時(shí)刻所在位置的經(jīng)度，θ₁為移動(dòng)機(jī)器人當(dāng)前時(shí)刻所在位置的GPS航向，其中

R=s·cosγ-sinγ0sinγcosγ000r33]]>

R陣為天空偏振分布模式圖坐標(biāo)系與GPS坐標(biāo)系之間的遷移矩陣，具有三個(gè)自由度的可調(diào)參數(shù)(s,γ，r₃₃)，這三個(gè)參數(shù)可由標(biāo)定實(shí)驗(yàn)得出，當(dāng)獲取到R陣之后，通過(guò)將天空偏振分布模式圖的匹配結(jié)果直接轉(zhuǎn)換為移動(dòng)機(jī)器人的位置和航向信息，實(shí)現(xiàn)基于天空偏振分布模型匹配的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航定位。