[发明专利]基于单目视觉的位置姿态测量系统精度检校方法和装置

说明书

本发明涉及基于单目视觉的位置姿态测量系统精度检校方法和装置，首先使用基于动态三维重构的单目视觉测量方法获取靶标坐标系相对相机坐标系的位姿变化量；然后使用基于正交矢量和动态滤波的联合标定法获取惯性测量单元(IMU)坐标系和靶标坐标系间的相对位姿关系，将第一位姿数据转到IMU坐标系下，与POS自身输出的位置姿态数据进行比对，检校所述POS的测量精度。本发明的方法和装置实现了对POS的位姿精度的有效检校，具有精度高、实现简单的特点，可用于在室内对目前低精度、高精度惯性产品进行位姿精度检校。

技术领域

本发明涉及惯性系统精度检校技术领域，具体涉及一种基于单目视觉的位置姿态测量系统精度检校方法和装置。

背景技术

高分辨率对地观测的高精度运动成像中，载体由于受气流、高空风及载体自身性能等诸多因素的影响，造成载体在轨迹、速度和姿态上的扰动，使载体偏离理想的运动状态。由此产生的运动误差，将导致遥感图像几何失真、分辨率降低、对比度损失。因此必须对载体的运动信息进行高精度的估计和运动补偿，从而才能实现遥感图像像质的退化抑制。高精度POS由惯性测量单元(Inertial measurement Unit,IMU)、导航计算机系统(POSComputer System，PCS)和GPS(Global Positioning System)组成。高精度POS可以为高分辨率航空遥感系统提供高频、高精度的时间、空间及精度信息，通过运动误差补偿提高成像精度和效率，是实现高分辨率成像的关键。

POS可以实现高精度姿态测量和位置测量，而POS测量精度的有效检校则是保证POS高精度的一个重要前提。目前，POS的精度检校主要是空中三角测量检校方法和塔吊台检校方法。空中三角测量是将相机和POS安装在稳定平台，飞机飞行过程，相机拍摄地面预设标致点解算位置、姿态。塔吊台检校方法是在地面模拟飞机飞行，进行检校。这些方法实现成本均较高。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种基于单目视觉的位置姿态测量系统精度检校方法和装置，克服传统检校方法成本高等缺点。

本发明技术解决方案是：一种基于单目视觉的位置姿态测量系统精度检校方法，实现步骤如下：

基于单目视觉测量，将位置固定的相机的坐标系作为测量坐标系，获取与所述IMU固连的靶标的第一位姿数据；

标定IMU坐标系和靶标坐标系之间的固定相对位姿关系，将所述第一位姿数据转到IMU坐标系下，得出第二位姿数据；

将所述第二位姿数据与POS自身输出的位置姿态数据进行比对，检校所述POS的测量精度。

优选地，步骤基于单目视觉测量、将位置固定的相机的坐标系作为测量坐标系、获取与所述IMU固连的靶标的第一位姿数据，具体包括步骤：

通过所述相机预先从不同角度拍摄三幅靶标的参考图像；

将IMU与所述靶标固连，通过所述相机获取一张所述靶标的实时图像；

基于多视图三维重构原理，根据三幅参考图像和一张实时图像进行动态三维重构，获取靶标的第一位姿数据。

优选地，步骤基于多视图三维重构原理、根据三幅参考图像和一张实时图像进行动态三维重构，具体包括：

由所述相机的投影模型得到每个标志点和对应的像点之间有公式：

式中：为第i幅图上第j个标志点像坐标，X_j为第j个标志点物坐标，pⁱ为第i幅图对应的投影矩阵；为第i幅图中第j个像点和其对应的物点的距离在相机光轴方向的投影，称为射影深度；

构建测量矩阵W：