[發(fā)明專利]基于單目視覺的位置姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)精度檢校方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810153912.0
• 申請(qǐng)日: 2018-02-22
• 公開（公告）號(hào): CN108375382B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱莊生;袁學(xué)忠;劉剛;李建利;顧賓;王世博;劉艷紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C25/00
• 分類號(hào): G01C25/00
• 代理公司: 北京挺立專利事務(wù)所(普通合伙) 11265
• 代理人: 李鑫

本發(fā)明涉及基于單目視覺的位置姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)精度檢校方法和裝置，首先使用基于動(dòng)態(tài)三維重構(gòu)的單目視覺測(cè)量方法獲取靶標(biāo)坐標(biāo)系相對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的位姿變化量；然后使用基于正交矢量和動(dòng)態(tài)濾波的聯(lián)合標(biāo)定法獲取慣性測(cè)量單元(IMU)坐標(biāo)系和靶標(biāo)坐標(biāo)系間的相對(duì)位姿關(guān)系，將第一位姿數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到IMU坐標(biāo)系下，與POS自身輸出的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，檢校所述POS的測(cè)量精度。本發(fā)明的方法和裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)POS的位姿精度的有效檢校，具有精度高、實(shí)現(xiàn)簡單的特點(diǎn)，可用于在室內(nèi)對(duì)目前低精度、高精度慣性產(chǎn)品進(jìn)行位姿精度檢校。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及慣性系統(tǒng)精度檢校技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于單目視覺的位置姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)精度檢校方法和裝置。

背景技術(shù)

高分辨率對(duì)地觀測(cè)的高精度運(yùn)動(dòng)成像中，載體由于受氣流、高空風(fēng)及載體自身性能等諸多因素的影響，造成載體在軌跡、速度和姿態(tài)上的擾動(dòng)，使載體偏離理想的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。由此產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)誤差，將導(dǎo)致遙感圖像幾何失真、分辨率降低、對(duì)比度損失。因此必須對(duì)載體的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行高精度的估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，從而才能實(shí)現(xiàn)遙感圖像像質(zhì)的退化抑制。高精度POS由慣性測(cè)量單元(Inertial measurement Unit,IMU)、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(POSComputer System，PCS)和GPS(Global Positioning System)組成。高精度POS可以為高分辨率航空遙感系統(tǒng)提供高頻、高精度的時(shí)間、空間及精度信息，通過運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償提高成像精度和效率，是實(shí)現(xiàn)高分辨率成像的關(guān)鍵。

POS可以實(shí)現(xiàn)高精度姿態(tài)測(cè)量和位置測(cè)量，而POS測(cè)量精度的有效檢校則是保證POS高精度的一個(gè)重要前提。目前，POS的精度檢校主要是空中三角測(cè)量檢校方法和塔吊臺(tái)檢校方法。空中三角測(cè)量是將相機(jī)和POS安裝在穩(wěn)定平臺(tái)，飛機(jī)飛行過程，相機(jī)拍攝地面預(yù)設(shè)標(biāo)致點(diǎn)解算位置、姿態(tài)。塔吊臺(tái)檢校方法是在地面模擬飛機(jī)飛行，進(jìn)行檢校。這些方法實(shí)現(xiàn)成本均較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于單目視覺的位置姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)精度檢校方法和裝置，克服傳統(tǒng)檢校方法成本高等缺點(diǎn)。

本發(fā)明技術(shù)解決方案是：一種基于單目視覺的位置姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)精度檢校方法，實(shí)現(xiàn)步驟如下：

基于單目視覺測(cè)量，將位置固定的相機(jī)的坐標(biāo)系作為測(cè)量坐標(biāo)系，獲取與所述IMU固連的靶標(biāo)的第一位姿數(shù)據(jù)；

標(biāo)定IMU坐標(biāo)系和靶標(biāo)坐標(biāo)系之間的固定相對(duì)位姿關(guān)系，將所述第一位姿數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到IMU坐標(biāo)系下，得出第二位姿數(shù)據(jù)；

將所述第二位姿數(shù)據(jù)與POS自身輸出的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，檢校所述POS的測(cè)量精度。

優(yōu)選地，步驟基于單目視覺測(cè)量、將位置固定的相機(jī)的坐標(biāo)系作為測(cè)量坐標(biāo)系、獲取與所述IMU固連的靶標(biāo)的第一位姿數(shù)據(jù)，具體包括步驟：

通過所述相機(jī)預(yù)先從不同角度拍攝三幅靶標(biāo)的參考圖像；

將IMU與所述靶標(biāo)固連，通過所述相機(jī)獲取一張所述靶標(biāo)的實(shí)時(shí)圖像；

基于多視圖三維重構(gòu)原理，根據(jù)三幅參考圖像和一張實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)三維重構(gòu)，獲取靶標(biāo)的第一位姿數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，步驟基于多視圖三維重構(gòu)原理、根據(jù)三幅參考圖像和一張實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)三維重構(gòu)，具體包括：

由所述相機(jī)的投影模型得到每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)之間有公式：

式中：為第i幅圖上第j個(gè)標(biāo)志點(diǎn)像坐標(biāo)，X_j為第j個(gè)標(biāo)志點(diǎn)物坐標(biāo)，pⁱ為第i幅圖對(duì)應(yīng)的投影矩陣；為第i幅圖中第j個(gè)像點(diǎn)和其對(duì)應(yīng)的物點(diǎn)的距離在相機(jī)光軸方向的投影，稱為射影深度；

構(gòu)建測(cè)量矩陣W：