[發明專利]飛行器單目視覺尺度估計方法和裝置、飛行器導航系統及飛行器

有效

• 申請號: 201810365375.6
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN110388917B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 門春雷;劉艷光;張文凱;陳明軒;郝尚榮;鄭行;徐進;韓微
• 申請（專利權）人: 北京京東尚科信息技術有限公司;北京京東世紀貿易有限公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 曹蓓;方亮

本公開提出一種飛行器單目視覺尺度估計方法和裝置、飛行器導航系統及飛行，涉及飛行器技術領域。本公開的飛行器單目視覺尺度估計方法包括：獲取當前飛行高度估計值；在飛行高度估計值小于預定高度的情況下，根據垂直向下探測的距離探測傳感器的探測數據和慣性測量單元IMU的探測數據確定單目視覺尺度值。通過這樣的方法，能夠在飛行器的飛行高度小于預定高度的情況下，采用距離探測傳感器與IMU配合的方式獲取單目視覺尺度值，一方面無需人工參與，提高了自動化程度，另一方面也能夠綜合距離探測傳感器和IMU的優勢，減少單一測量方法造成的誤差，提高尺度估計的準確度。

技術領域

本公開涉及飛行器技術領域，特別是一種飛行器單目視覺尺度估計方法和裝置、飛行器導航系統及飛行器。

背景技術

精確的位姿估計是小型旋翼飛行器等飛行器進行自主飛行控制的關鍵。目前大多數飛行器采用GNSS(Global Navigation Satellite System，全球衛星導航系統)與IMU(Inertial Measurement Unit，慣性測量單元)組合進行位姿估計，但是在GNSS信號強度和準確度不佳的情況下無法正常工作，通過視覺SLAM(Simultaneous Localization andMapping，即時定位與地圖構建)進行位姿估計，可以解決衛星信號無法獲取時飛行器的位姿估計問題。

對于單目視覺SLAM中，單目視覺尺度估計是進行精確位姿估計的前提，目前，為了得到單目視覺的絕對尺度信息，需要人為設定尺度標桿。很多學者在這方面進行了研究，如，單目視覺SLAM中的經典算法PTAM(Parallel Tracking and Mapping，追蹤與繪制)采用人為操作來對尺度進行估計，在其初始化過程中沿著坐標軸平移固定的距離，通過這個已知的距離對尺度進行估計，但是這樣的方法需要人為干預手動進行初始化，無法實現完全自主。

發明內容

本公開的一個目的在于提高飛行器單目視覺尺度估計的自動化程度和準確度。

根據本公開的一個方面，提出一種飛行器單目視覺尺度估計方法，包括：獲取當前飛行高度估計值；在飛行高度估計值小于預定高度的情況下，根據垂直向下探測的距離探測傳感器的探測數據和IMU的探測數據確定單目視覺尺度值。

可選地，根據距離探測傳感器的探測數據和IMU的探測數據確定單目視覺尺度值包括：根據距離探測傳感器的探測數據獲取SLAM算法的尺度估計值，作為第一尺度因子；根據IMU的探測數據獲取SLAM算法的尺度估計值，作為第二尺度因子；基于尺度因子融合策略，根據第一尺度因子和第二尺度因子確定單目視覺尺度值。

可選地，尺度因子融合策略包括：根據公式：

λ＝λ₁*θ₁+λ₂*θ₂

確定單目視覺尺度值λ，其中，λ₁為第一尺度因子，λ₂為第二尺度因子，θ₁為第一尺度因子的權重，θ₂為第二尺度因子的權重，θ₁與距離探測傳感器的置信度與距離探測傳感器和IMU的置信度之和的比值正相關，θ₁和θ₂為正數，且θ₁+θ₂＝1。

可選地，根據距離探測傳感器的探測數據和單目視覺探測數據獲取第一尺度因子包括：根據SLAM算法的輸出頻率獲取距離探測傳感器探測的高度變化情況；根據距離探測傳感器統計的高度變化情況，以及ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF，快速特征點提取和描述)-SLAM算法確定的高度變化情況，基于加權最小二乘法確定單目視覺尺度值，其中，距離當前時刻越近的數據權重越大。

可選地，還包括：在飛行器高度大于等于預定高度的情況下根據IMU的探測數據獲取SLAM算法的尺度估計值，作為單目視覺尺度值。