[發明專利]一種面向無人機的視覺/激光測距高空導航方法

在審

• 申請號: 202211113811.3
• 申請日: 2022-09-14
• 公開（公告）號: CN115560760A
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 尚克軍;李至;扈光鋒;莊廣琛;劉崇亮;王大元;李茜茜;王海軍;裴新凱;焦浩;明麗;段昊雨
• 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;G06T7/73;G06T7/521
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種面向無人機的視覺/激光測距高空導航方法，包括：視覺三角化求解三維地圖點深度，利用時間戳同步的激光測距數據求解尺度初始值；構建視覺重投影誤差和激光測距誤差聯合優化函數；建立新的圖優化模型，定義節點、邊和誤差雅可比矩陣，通過迭代求解獲取優化參數；最后根據優化參數更新整個視覺跟蹤線程，完成尺度更新和位姿更新，獲取無人機的精準定位。本發明方案解決了解決高空無人機場景，單目相機存在尺度偏差，難以實現高精度的導航定位和深度估計的技術問題。

技術領域

本發明屬于計算機視覺技術領域，具體涉及一種面向無人機的視覺/激光測距高空導航方法。

背景技術

慣性現代軍事化作戰逐漸向智能化作戰方向轉變，無人機作為一種智能化作戰載體在戰場發揮著愈發重要的作用。無人機導航方法是引導飛行器沿著一定的速度、方向完成規定飛行過程的技術和方法，其中最關鍵的技術之一就是對無人機進行實時導航定位。具體表現為：在無人機的飛行過程中，實時獲取較高精準度的六自由度位置和姿態信息，轉化為無人機的空間經緯度坐標反饋到飛機控制系統，從而幫助無人機實現自主導航和著陸功能。

傳統的無人機導航方法多依賴于衛星信息進行導航定位，基于差分GPS的方法通常可以獲取較精準的空間位置。但戰場形勢變幻莫測，衛星拒止情況屢屢出現，不依賴衛星的自主導航方案需求迫切。基于慣性傳感器(IMU)的方法受噪聲影響較大，累積誤差大，容易發生導航偏移。視覺傳感器具備隱蔽性、輕便、低功耗、價格便宜、定位精度高的優勢，是近些年無人機自主導航領域的研究熱點。

高空應用場景給視覺傳感器帶來了一定的挑戰，其關鍵難點在于高空場景深度估計上。對于雙目相機，高空場景下，基于左右相機視差確定深度的方法失效；對于深度相機，其深度獲取范圍大多為幾米或者十幾米；對于單目相機，視覺可以計算出場景深度，但是直接在高空飛行過程中進行視覺初始化，單目相機無法建立評測標準，存在尺度偏差。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術或相關技術中存在的技術問題之一。

為此，本發明提供了一種面向無人機的視覺/激光測距高空導航方法。

本發明的技術解決方案如下：提供一種面向無人機的視覺/激光測距高空導航方法，該方法包括：

利用激光測距和視覺三角化獲取初始尺度估計值；

基于視覺特征匹配結果構造視覺重投影誤差方程，根據激光測距機與視覺觀測量的關聯構造激光測距誤差方程，并聯合兩個方程以獲取視覺重投影誤差和激光測距誤差聯合優化函數，所述聯合優化函數包括待優化參數：尺度因子、位姿轉換矩陣和世界坐標系下的三維地圖點；

基于所述初始尺度估計值，采用圖優化方式對所述聯合優化函數進行求解以獲取優化參數；

根據優化參數更新整個視覺跟蹤線程，完成尺度更新和位姿更新，獲取無人機的精準定位。

進一步地，所述利用激光測距和視覺三角化獲取初始尺度估計值，包括：

利用視覺傳感器在高空平飛階段進行初始跟蹤以創建關鍵幀；

利用三角化技術獲取第i個關鍵幀第j′個特征點對應的三維地圖點的深度值d_j′，0≤j′≤n；

根據所述三維地圖點的深度值獲取第i個關鍵幀對應的三維地圖點的平均深度depth_i：

接受激光測距的輸入值，將其時間戳與關鍵幀圖像時間戳對齊，經過時間戳篩選獲取第i個關鍵幀對應的激光測距高度height_i；

根據所述激光測距高度height_i和平均深度depth_i獲取第i個關鍵幀對應的初始尺度估計值s_begin：