[發明專利]一種基于圖像傳感器和慣性傳感器的定位方法及系統有效
| 申請號： | 202010994114.8 | 申請日： | 2020-09-21 |
| 公開（公告）號： | CN112113564B | 公開（公告）日： | 2022-08-02 |
| 發明（設計）人： | 宋韜;朱猛猛;郭帥 | 申請（專利權）人： | 上海大學 |
| 主分類號： | G01C21/16 | 分類號： | G01C21/16;G01C21/20 |
| 代理公司： | 北京高沃律師事務所 11569 | 代理人： | 崔玥 |
| 地址： | 200444*** | 國省代碼： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 基于 圖像傳感器 慣性 傳感器 定位 方法 系統 | ||
1.一種基于圖像傳感器和慣性傳感器的定位方法，其特征在于，所述定位方法包括如下步驟：
獲取定位目標上部署的特征圖案基于圖像傳感器的位姿信息；
所述獲取定位目標上部署的特征圖案基于圖像傳感器的位姿信息，具體包括：
采用張正友標定法對圖像傳感器進行標定，獲得圖像傳感器坐標系相對于自然坐標系的旋轉矩陣R和平移矩陣t；
將特征圖案布置在定位目標的中心位置，通過圖像傳感器獲取定位目標所在區域的區域圖像；
采用Harris算法對所述區域圖像進行目標檢測，獲得基于圖像傳感器獲取的定位目標上部署的特征圖案在相機坐標系下的位姿信息lk；
根據基于圖像傳感器獲取的定位目標上部署的特征圖案在相機坐標系下的位姿信息，利用公式zk＝Rlk+t，計算定位目標上部署的特征圖案基于圖像傳感器在自然坐標系下的位姿信息zk；
其中，t表示相機坐標系到自然坐標系的平移矩陣，lk表示k時刻基于圖像傳感器獲取的定位目標上部署的特征圖案在相機坐標系下的位姿信息，R表示相機坐標系到自然坐標系的轉換矩陣，zk表示k時刻基于圖像傳感器獲取的定位目標上部署的特征圖案在自然坐標系下的位姿信息；
獲取定位目標上部署的特征圖案基于慣性傳感器的位姿信息；
所述獲取定位目標上部署的特征圖案基于慣性傳感器的位姿信息，具體包括：
對慣性傳感器獲得的加速度信息和角加速度信息進行二次積分，獲得定位目標上部署的特征圖案基于慣性傳感器的位姿信息；
利用圖優化方法對基于圖像傳感器的位姿信息和基于慣性傳感器的位姿信息進行優化，獲得定位目標的方位信息；
所述利用圖優化方法對基于圖像傳感器的位姿信息和基于慣性傳感器的位姿信息進行優化，獲得定位目標的方位信息，具體包括：
利用公式ek＝zk-xk，計算基于圖像傳感器的位姿信息和基于慣性傳感器的位姿信息的差值；
其中，xk表示k時刻基于慣性傳感器獲取的定位目標上部署的特征圖案在自然坐標系下的位姿信息，zk表示k時刻基于圖像傳感器獲取的定位目標上部署的特征圖案在自然坐標系下的位姿信息，ek表示k時刻基于圖像傳感器所獲得位姿信息和基于慣性傳感器所獲得的位姿信息的差值；
判斷所述差值是否小于預設閾值，得到判斷結果；
若所述判斷結果表示否，則優化基于慣性傳感器的位姿信息，返回步驟“利用公式ek＝zk-xk，計算基于圖像傳感器的位姿信息和基于慣性傳感器的位姿信息的差值”；
若所述判斷結果表示是，則輸出優化后的基于慣性傳感器的位姿信息作為定位目標的方位信息。
2.一種基于圖像傳感器和慣性傳感器的定位系統，其特征在于，所述定位系統包括：
第一位姿信息獲取模塊，用于獲取定位目標上部署的特征圖案基于圖像傳感器的位姿信息；
所述第一位姿信息獲取模塊，具體包括：
標定子模塊，用于采用張正友標定法對圖像傳感器進行標定，獲得圖像傳感器坐標系相對于自然坐標系的旋轉矩陣R和平移矩陣t；
區域圖像獲取子模塊，用于將特征圖案布置在定位目標的中心位置，通過圖像傳感器獲取定位目標所在區域的區域圖像；
定位目標圖案識別子模塊，用于采用Harris算法對所述區域圖像進行目標檢測，獲得基于圖像傳感器獲取的定位目標上部署的特征圖案在相機坐標系下的位姿信息lk；
坐標轉換子模塊，用于根據基于圖像傳感器獲取的定位目標上部署的特征圖案在相機坐標系下的位姿信息，利用公式zk＝Rlk+t，計算定位目標上部署的特征圖案基于圖像傳感器在自然坐標系下的位姿信息zk；
其中，t表示相機坐標系到自然坐標系的平移矩陣，lk表示k時刻基于圖像傳感器獲取的定位目標上部署的特征圖案在相機坐標系下的位姿信息，R表示相機坐標系到自然坐標系的轉換矩陣，zk表示k時刻基于圖像傳感器獲取的定位目標上部署的特征圖案在自然坐標系下的位姿信息；
第二位姿信息獲取模塊，用于獲取定位目標上部署的特征圖案基于慣性傳感器的位姿信息；
所述第二位姿信息獲取模塊，具體包括：
二次積分子模塊，用于對慣性傳感器獲得的加速度信息和角加速度信息進行二次積分，獲得定位目標上部署的特征圖案基于慣性傳感器的位姿信息；
位姿信息優化模塊，用于利用圖優化方法對基于圖像傳感器的位姿信息和基于慣性傳感器的位姿信息進行優化，獲得定位目標的方位信息；
所述位姿信息優化模塊，具體包括：
差值計算子模塊，用于利用公式ek＝zk-xk，計算基于圖像傳感器的位姿信息和基于慣性傳感器的位姿信息的差值；
其中，xk表示k時刻基于慣性傳感器獲取的定位目標上部署的特征圖案在自然坐標系下的位姿信息，zk表示k時刻基于圖像傳感器獲取的定位目標上部署的特征圖案在自然坐標系下的位姿信息，ek表示k時刻基于圖像傳感器所獲得位姿信息和基于慣性傳感器所獲得的位姿信息的差值；
判斷子模塊，用于判斷所述差值是否小于預設閾值，得到判斷結果；
位姿信息優化子模塊，用于若所述判斷結果表示否，則優化基于慣性傳感器的位姿信息，返回步驟“利用公式ek＝zk-xk，計算基于圖像傳感器的位姿信息和基于慣性傳感器的位姿信息的差值”；
優化后的位姿信息輸出子模塊，用于若所述判斷結果表示是，則輸出優化后的基于慣性傳感器的位姿信息作為定位目標的方位信息。
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