[發明專利]一種基于多傳感器融合的姿態解算方法

在審

• 申請號: 202110714107.2
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113447020A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 李雷;胡楷;桑賢楨;朱鴻泰;程虎
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十八研究所
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G01C21/16
• 代理公司: 無錫派爾特知識產權代理事務所(普通合伙) 32340
• 代理人: 楊立秋

本發明公開一種基于多傳感器融合的姿態解算方法，屬于圖像處理模式識別領域。在靶板上安裝陀螺儀和LED燈，將靶板固定在頭盔上，左右兩部相機安放在與靶板等高位置；DSP分別計算兩部相機采集的圖像中LED燈的坐標；根據坐標系的轉換關系解算得到靶板與左右兩部相機相對的姿態角信息；解算出初始位置的方位角和俯仰角、實時位置的方位角和俯仰角、當前位置相對初始位置方位角與俯仰角的變換量；根據靶板與左右兩部相機的相對位置，融合左右兩路圖像解算出方位角與俯仰角；實時獲取陀螺儀的方位角速度和俯仰角速度；根據姿態角輸出時刻計算陀螺儀方位角和俯仰角的累積量；根據圖像解算出來的方位角和俯仰角與陀螺儀累積的方位角和俯仰角進行融合。

技術領域

本發明涉及圖像處理模式識別技術領域，特別涉及伺服系統跟隨駕駛員頭部運動的系統。

背景技術

近年來，戰場上作戰方式的多樣化、智能化，對作戰輔助系統也提出了很高的要求。駕駛員在裝甲車輛內部(全密閉環境下)，觀察外部環境時，需借助光電系統獲取正常甚至更廣闊的駕駛視野；為了更快捷的獲取不同角度的視野，亟需一種基于通過解算人體頭部姿態控制光電系統隨動的系統。

國內外現有的技術中，通常有三種方法：一是通過采集并分析人臉的特征，基于人臉的特征點檢測，根據特征點的旋轉變化解算出運動的姿態。基于該原理的系統受環境影響因素大，解算出的姿態角誤差大，在密閉黑暗的空間內甚至無法正常工作；二是通過單一的圖像傳感器采集圖像數據，分析解算頭部運動的姿態，但受到處理器性能的限制，不能滿足系統的實時性要求，解算出的姿態角存在滯后現象，同時存在人體頭部轉動角速度大時(大于100°/s)，采集的圖像會有拖尾現象，導致通過圖像無法正常解算姿態角；三是使用單個相機采集圖像數據，受到相機的視場角限制，人體頭部運動的角度有限。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于多傳感器融合的姿態解算方法，以解決頭部轉動角速度大時無法正常工作和實時性問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于多傳感器融合的姿態解算方法，包括：

在靶板上安裝陀螺儀和若干個LED燈，將靶板固定在頭盔上，左右兩部相機安放在與靶板等高位置；

其中，兩部相機采集的圖像數據和陀螺儀輸出的數據均傳至外接DSP；

DSP分別計算兩部相機采集的圖像中LED燈的坐標；

根據坐標系的轉換關系解算得到靶板與左右兩部相機相對的姿態角信息；

解算出初始位置的方位角和俯仰角、實時位置的方位角和俯仰角、當前位置相對初始位置方位角與俯仰角的變換量；

根據靶板與左右兩部相機的相對位置，融合左右兩路圖像解算出方位角與俯仰角；

實時獲取陀螺儀的方位角速度和俯仰角速度；

根據左右兩部相機相對的姿態角輸出時刻計算陀螺儀方位角和俯仰角的累積量；

根據圖像解算出來的方位角和俯仰角與陀螺儀累積的方位角和俯仰角進行融合。

可選的，所述兩部相機安放的位置需確保在頭部轉動時，至少有一部相機能夠觀察到靶板。

可選的，所述陀螺儀安裝在靶板的中心，LED燈的數量為8個，圍繞所述陀螺儀安裝在靶板的四個邊。

可選的，所述兩部相機安裝在靶板法線兩側，兩部相機與所述靶板之間等距且等高。