[發(fā)明專利]基于慣性測(cè)量輔助視覺的運(yùn)輸車空間定位方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711259465.9
• 申請(qǐng)日: 2017-12-04
• 公開（公告）號(hào): CN108051002B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉宇;楊卓峰;朱利霞;張玉娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海文什數(shù)據(jù)科技有限公司
• 主分類號(hào): G01C21/16
• 分類號(hào): G01C21/16;G01C21/34
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

本發(fā)明公開了基于慣性測(cè)量輔助視覺的運(yùn)輸車空間定位方法及系統(tǒng)，采集AGV小車的IMU傳感器數(shù)據(jù)；采集AGV小車周圍環(huán)境的連續(xù)圖像；將IMU傳感器數(shù)據(jù)按照時(shí)間塊進(jìn)行累加得到IMU傳感器數(shù)據(jù)塊；對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，得到特征點(diǎn)匹配數(shù)據(jù)；利用得到的IMU傳感器數(shù)據(jù)塊和的特征點(diǎn)匹配數(shù)據(jù)，估計(jì)出相機(jī)的位置和方向；根據(jù)相機(jī)的位置和方向，繪制相機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡圖；地圖匹配：將相機(jī)所在的世界坐標(biāo)系與真實(shí)場(chǎng)景所在的世界坐標(biāo)系進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使得AGV得到的位置和路徑能與真實(shí)場(chǎng)景地圖在位置和路徑上進(jìn)行匹配；獲得AGV小車在真實(shí)場(chǎng)景中的位置以及所有可能的運(yùn)行路徑。本發(fā)明能達(dá)到AGV小車精準(zhǔn)空間定位的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于慣性測(cè)量輔助視覺的運(yùn)輸車空間定位方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

AGV(Automated Guided Vehicle，自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車)系統(tǒng)，也稱AGV小車，包括定位和導(dǎo)航兩部分。定位主要有兩大主流：基于激光雷達(dá)的定位系統(tǒng)、基于視覺的定位系統(tǒng)。基于激光雷達(dá)的定位系統(tǒng)的原理是激光測(cè)距，即向環(huán)境中發(fā)射紅外激光和接收紅外激光，獲得時(shí)間差，進(jìn)而得到物體的距離。激光雷達(dá)定位系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、精度較高，但激光雷達(dá)價(jià)格過(guò)于昂貴，并且激光雷達(dá)不能感知周圍的一些視覺信息，比如周圍環(huán)境的顏色以及某些特殊標(biāo)志。

基于視覺的定位系統(tǒng)是通過(guò)圖像采集設(shè)備收集近距離的環(huán)境信息，并利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行圖像處理獲得環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)定位。在圖像采集設(shè)備中，單目相機(jī)因其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和原理，而被廣泛應(yīng)用。但基于單目相機(jī)作為視覺傳感器，仍有一些缺陷：

1.沒有深度信息，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確；

2.根據(jù)特征點(diǎn)追蹤估計(jì)出的相機(jī)位置和方向存在誤差，并不斷累積，導(dǎo)致小車偏離路徑。

發(fā)明內(nèi)容

基于以上問題，我們采用慣性測(cè)量單元(IMU,Inertial Measurement Unit)輔助單目相機(jī)實(shí)現(xiàn)空間定位，提出了一種基于慣性測(cè)量輔助視覺的運(yùn)輸車空間定位方法及系統(tǒng)，其中IMU的估計(jì)加視覺特征的精準(zhǔn)匹配，使得系統(tǒng)定位精度很高。本發(fā)明能夠在比較復(fù)雜的環(huán)境中也可以實(shí)現(xiàn)AGV的精準(zhǔn)定位功能。

第一方面，本發(fā)明提供基于慣性測(cè)量輔助視覺的運(yùn)輸車空間定位方法，包括：

步驟(1)：采集AGV小車的IMU傳感器數(shù)據(jù)，所述IMU傳感器數(shù)據(jù)，包括：AGV小車角速度和加速度；

步驟(2)：采集AGV小車周圍環(huán)境的連續(xù)圖像；

步驟(3)：將IMU傳感器數(shù)據(jù)按照時(shí)間塊進(jìn)行累加得到IMU傳感器數(shù)據(jù)塊，使得IMU傳感器數(shù)據(jù)塊輸出的頻率與采集的連續(xù)圖像的輸出頻率保持一致，并且在時(shí)間上對(duì)齊；

步驟(4)：對(duì)步驟(2)的圖像進(jìn)行預(yù)處理，得到特征點(diǎn)匹配數(shù)據(jù)；

步驟(5)：利用步驟(3)得到的IMU傳感器數(shù)據(jù)塊和步驟(4)得到的特征點(diǎn)匹配數(shù)據(jù)，估計(jì)出相機(jī)的位置和方向；

步驟(6)：根據(jù)步驟(5)得到的相機(jī)的位置和方向，繪制相機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡圖；

步驟(7)：地圖匹配：將相機(jī)所在的世界坐標(biāo)系與真實(shí)場(chǎng)景所在的世界坐標(biāo)系進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使得AGV得到的位置和路徑能與真實(shí)場(chǎng)景地圖在位置和路徑上進(jìn)行匹配；獲得AGV小車在真實(shí)場(chǎng)景中的位置以及所有可能的運(yùn)行路徑。

所述步驟(3)的步驟為：

假設(shè)從IMU傳感器獲得的角速度為ω^r，加速度為α^r,但由于傳感器受外界噪聲的干擾以及自身硬件的限制，存在測(cè)量偏差σ，外界噪聲干擾η，實(shí)際獲得的IMU傳感器數(shù)據(jù)：