[發明專利]基于異源圖像匹配的慣性視覺組合導航定位方法及飛行器

有效

• 申請號: 202110783533.1
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113624231B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 尚克軍;扈光鋒;裴新凱;段昊雨;明麗;王大元;莊廣琛;劉崇亮;王海軍
• 申請（專利權）人: 北京自動化控制設備研究所
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/00;G01C21/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于異源圖像匹配的慣性視覺組合導航定位方法及飛行器，該方法包括：將實時圖和基準圖分別進行正射影像校正，統一實時圖和基準圖的縮放尺寸；分別獲取實時圖的第一投影和量化梯度方向直方圖以及基準圖的第二投影和量化梯度方向直方圖；對第一和第二投影和量化梯度方向直方圖的相似度進行檢測，在第二與第一投影和量化梯度方向直方圖的漢明距離最大值的位置，漢明距離最大值所在的位置即為實時圖在基準圖中的圖像匹配位置；將圖像匹配位置轉換到無人機所在位置作為觀測量，基于觀測量構建卡爾曼濾波器以實現無人機的慣性視覺組合導航定位。應用本發明的技術方案，以解決現有技術中異源圖像之間難以實現準確穩定匹配的技術問題。

技術領域

本發明涉及計算機視覺研究技術領域，尤其涉及一種基于異源圖像匹配的慣性視覺組合導航定位方法及飛行器。

背景技術

圖像匹配所使用的參考圖為可見光衛星影像，實時圖一般采用可全天時工作的紅外圖像，屬于典型的異源圖像匹配技術。與同源圖像匹配不同，異源圖像由于成像機理的不同，即使在同一場景下所拍攝到的圖像差異也會很大，因此需要針對異源圖像匹配進行特別處理。同時，隨著飛行器的飛行姿態變化，相機拍攝實時圖并非正下視，所成實時圖像與預先裝載在飛行器上的正射參考圖影像之間存在尺度、旋轉、仿射和透視等幾何變換，所以在匹配之前，需要對圖像進行一定的預處理校正操作，同時還需要考慮到所設計的匹配算法對校正過后仍然存在的一定程度上的圖像幾何形變的不變性。然而，在現有視覺匹配中，異源圖像之間難以實現準確穩定匹配，因此組合導航算法自主性較差。

發明內容

本發明提供了一種基于異源圖像匹配的慣性視覺組合導航定位方法及飛行器，能夠解決現有技術中異源圖像之間難以實現準確穩定匹配的技術問題。

根據本發明的一方面，提供了一種基于異源圖像匹配的慣性視覺組合導航定位方法，基于異源圖像匹配的慣性視覺組合導航定位方法包括：利用慣導姿態信息以及激光測距高度信息將實時圖和基準圖分別進行正射影像校正，統一實時圖和基準圖的縮放尺寸；分別獲取實時圖的第一投影和量化梯度方向直方圖以及基準圖的第二投影和量化梯度方向直方圖；基于相似性測量原理對第一投影和量化梯度方向直方圖和第二投影和量化梯度方向直方圖的相似度進行檢測，在第二投影和量化梯度方向直方圖中檢索與第一投影和量化梯度方向直方圖的漢明距離最大值的位置，漢明距離最大值所在的位置即為實時圖在基準圖中的圖像匹配位置；將圖像匹配位置轉換到無人機所在位置并作為觀測量，基于觀測量構建卡爾曼濾波器以實現無人機的慣性視覺組合導航定位。

進一步地，獲取實時圖的第一投影和量化梯度方向直方圖具體包括：對實時圖進行高斯濾波；采用Sobel算子提取高斯濾波后的實時圖的灰度圖像梯度特征以獲取實時圖的梯度圖像；基于實時圖的梯度圖像，統計實時圖的梯度直方圖；對實時圖的梯度直方圖進行投影和量化以獲取第一投影和量化梯度方向直方圖；獲取基準圖的第二投影和量化梯度方向直方圖具體包括：對基準圖進行高斯濾波；采用Sobel算子提取高斯濾波后的基準圖的灰度圖像梯度特征以獲取基準圖的梯度圖像；基于基準圖的梯度圖像，統計基準圖的梯度直方圖；對基準圖的梯度直方圖進行投影和量化以獲取第二投影和量化梯度方向直方圖。

進一步地，實時圖和基準圖均可根據實現正射影像校正，其中，為非正射影像，為正射影像，為空間點P在世界坐標系中的齊次坐標，z_c為空間點P在攝像機坐標系中的坐標的z分量，f為光學系統主距，s_c為圖像傳感器上列方向上相鄰像素之間的距離，s_r為圖像傳感器上行方向上相鄰像素之間的距離，[c_c,c_r]^T為圖像的主點，為兩個內參完全一致的攝像機之間的旋轉矩陣，為從世界坐標系向攝像機坐標系轉換的旋轉矩陣，為從世界坐標系向攝像機坐標系轉換的平移向量。

進一步地，實時圖和基準圖的縮放系數k可根據來獲取，其中，μ為像元尺寸，f為相機焦距，l為相機光心距拍攝點距離。