[發明專利]一種基于改進圖優化SLAM的地空協同視覺導航方法及裝置

在審

• 申請號: 201910561547.1
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110261877A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 王曉龍;劉海穎;馮建鑫;徐子牟;王景琪;陳捷
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42;G01C21/16;G01S11/12;G06T7/70
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種基于改進圖優化SLAM的地空協同視覺導航裝置，其特征在于，包括：信號采集模塊，前端處理模塊，后端處理模塊，信息通訊模塊；所述信號采集模塊包括單目視覺傳感器；所述前端處理模塊包括信號處理系統與數傳；所述后端處理模塊包括數據計算系統；所述信息通訊模塊包括數傳模塊和圖傳模塊；所述信號采集模塊將視頻信號采集后，傳送給所述前端處理模塊進行前期處理，得到關鍵幀信息與特征點信息后，傳送給所述后端處理模塊，所述后端處理模塊對對應關鍵幀的特征點進行位姿解算和狀態估計，并將結果傳送給控制系統，各個模塊之間以及各個模塊與控制系統之間的聯系都依靠信息通訊模塊實現。

2.根據權利要求1所述的基于改進圖優化SLAM的地空協同視覺導航裝置，其特征在于，所述前端處理模塊中的信號處理系統為基于STM32的信號處理系統，所述數傳為433Mhz數傳；所述后端處理模塊中的數據計算系統為基于單片機的數據計算系統；所述信息通訊模塊中的數傳模塊為安置在各個智能體上用于傳輸數據的433Mhz的數傳模塊，所述圖傳模塊為5.8Ghz的圖傳模塊。

3.根據權利要求2所述的基于改進圖優化SLAM的地空協同視覺導航裝置，其特征在于，所述智能體包括：空中智能體和地面智能體，所述空中智能體和地面智能體使用Mavlink通訊協議通過433MHz數傳與蘑菇天線進行數據交互和傳輸。

4.根據權利要求3所述的基于改進圖優化SLAM的地空協同視覺導航裝置，其特征在于，所述地面智能體為攜帶有GNSS接收機、慣性導航傳感器、單目視覺傳感器、433MHz數傳和基于STM32的處理系統構成的無人智能小車，所述空中智能體為攜帶有GNSS接收機、加速度傳感器、陀螺儀、單目視覺傳感器、433MHz數傳和基于STM32的處理器系統構成的智能無人機；各傳感器均通過連接到STM32，將數據傳送至處理器中進行處理，需要交互的信息通過連接在STM32通信端口的數傳和蘑菇天線進行。

5.一種基于改進圖優化SLAM的地空協同視覺導航方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)單目視覺傳感器對未知場景進行視頻數據的采集，將視頻數據按照一定的時間間隔進行幀采樣，得到需要進行處理的每一幀圖像；

(2)使用算法將所述幀圖像中的拐點和分界線等的特征提取出來，為后端提供視野內的特征數據；

(3)將得到的特征數據傳輸到圖優化算法進行位姿信息的獲取。

6.根據權利要求5所述的基于改進圖優化SLAM的地空協同視覺導航方法，其特征在于，步驟(2)中所述算法為改進的FAST角點提取方法，所述改進的FAST角點提取方法在提取的同時為特征點增加主方向信息，提取特征點的主要對象是圖像中像素轉變快的角點或拐點，即圖像中的基礎特征；而對于空間中一些平面交界較為清晰的位置，拐點和角點的在提取過程中會陷入局部最優解，采用Plucker直線特征描述，提取的主要對象是圖像中明顯的邊界，即圖像中的進階特征，通過點線特征結合的方法，使用STM32作為為處理載體，可以得到該幀的點線融合特征和載體的初始狀態估計，為后續的后端處理算法提供初始數據進行初始化。

7.根據權利要求6所述的基于改進圖優化SLAM的地空協同視覺導航方法，其特征在于，所述的后端算法是在單目視覺傳感器和前端算法對位置場景進行視頻數據的采集和處理得到幀單位的圖像以后，使用FAST特征點處理算法，對幀圖像特征提使用矩陣進行描述，并將得到的特征數據傳輸到圖優化算法進行位姿信息的獲取。