[發明專利]一種基于圖像匹配/慣導/里程計的車輛自主導航方法

有效

• 申請號: 202010419325.9
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111426320B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 韓松來;羅世林;蘆佳振;羅世彬
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/34
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 張勇;周曉艷

1.一種基于圖像匹配/慣導/里程計的車輛自主導航方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：在需要定位的地面車輛上配置一架裝備了對地拍照相機的無人機；

步驟二：啟動車載慣導/里程計組合導航系統，車輛在運動條件下由駕駛人員判斷無人機是否具備起飛條件；

步驟三：如果具備起飛條件則無人機自主起飛并自主跟蹤車輛，同時對地拍照并利用拍攝的實時圖像和提前制作的基準圖匹配，實現地面車輛的定位；

步驟四：得到定位結果后發送給車輛導航計算機進行數據融合；

步驟五：得到車輛定位結果后，無人機自主降落返回車輛；

數據融合采用卡爾曼濾波結構，其中慣導里程計組合導航的觀測方程：

其中，δVⁿ表示慣導的速度誤差矢量，ψⁿ表示慣導的姿態誤差矢量，δd表示里程計的安裝誤差矢量；K_D表示里程計的比例因子；P_D表示里程計輸出的原始脈沖數；I_A表示矩陣

慣導與視覺定位組合導航的系統觀測方程為：

Z_B＝δrⁿ+w_rB (25)

其中δrⁿ，w_rB分別為觀測變量和噪聲變量。

2.根據權利要求1所述的一種基于圖像匹配/慣導/里程計的車輛自主導航方法，其特征在于，步驟三中無人機對車輛自主跟蹤控制的具體方法是：在無人機距離車輛大于10米時，采用基于UWB的技術對無人機進行控制；在無人機距離車輛距離小于10米時，采用基于嵌套二維碼識別的技術對無人機進行控制。

3.根據權利要求2所述的一種基于圖像匹配/慣導/里程計的車輛自主導航方法，其特征在于，基于嵌套二維碼的無人機定位過程包括：

A、在車頂部配置二維碼圖像，并標定出圖像中特征點的位置坐標，

B、通過無人機上的對地拍照相機實時檢測降落平臺上的二維碼標志獲取無人機的相對位置和姿態信息；

C、利用P3P算法進行定位解算，已知條件為二維碼特征點A,B,C,D在二維碼局部坐標系下的坐標，通過小孔成像原理和幾何約束求解得到特征點A,B,C,D在相機坐標系X_C,Y_C,Z_C,下的坐標，構成了二維碼坐標系與相機坐標系之間的轉換，得到無人機相對車輛的位置和姿態。

4.根據權利要求1所述的一種基于圖像匹配/慣導/里程計的車輛自主導航方法，其特征在于，無人機拍攝的實時圖像與基準圖像的匹配采用基于結構張量的異源圖像快速匹配方法實現，包括張量提取、張量分析和張量匹配三個步驟。

5.根據權利要求4所述的一種基于圖像匹配/慣導/里程計的車輛自主導航方法，其特征在于，所述張量提取的具體方法是：設原圖像I大小為m×m像素，灰度矩陣為I(x,y),f是高斯濾波器，通過公式(2)計算得到圖像水平x方向梯度g_x和垂直y方向梯度g_y；

根據公式(3)計算圖像結構張量T；

對結構張量進行分解：

λ_i和e_i分別是二維矩陣T的特征值和特征向量，λ₁-λ₂代表張量的曲線顯著性。