[发明专利]一种单目视觉人工路标的辅助INS的导航定位方法

说明书

本发明为一种单目视觉人工路标的辅助INS的导航定位方法，包括以下步骤：设计人工路标；标定尺度因子；建立视觉路标库；基于路标库对相机位置和姿态进行帧间位姿估计；单目视觉人工路标辅助INS定位。本发明的优点是：利用已知视觉路标库信息来推算采集当前人工路标图像时相机的位置和姿态信息，将相机当前位置和INS数据利用卡尔曼滤波算法进行融合，能够减小传统INS定位方法中累积误差，使定位更准确、成本低、操作简单。

技术领域

本发明属于定位导航领域，尤其涉及一种单目视觉人工路标的辅助INS的导航定位方法。

背景技术

传统的定位方法主要包括卫星、惯性导航定位等，卫星导航定位应用广泛、精度高，但非常容易受到环境的影响，在室内无卫星信号和卫星信号有遮挡区域都将无法使用。惯性导航系统是一种自主式的导航系统，其优点是可提供连续的导航信息，短期的定位精度和稳定性好，但是由于导航信息是由积分产生，定位误差随时间而增大，不能长期独立工作。

近年来，视觉导航作为新的定位方法得到越来越多的关注。视觉里程计(visualodometer，VO)的概念是由Nistér提出，它是通过相邻图像匹配特征点坐标的变化来估计载体的位姿变化情况。因为VO是通过一系列前后帧的对比来估计相机的运动情况，所以不可避免的会造成误差的累计。基于视觉的同时定位与地图构建技术(visual simultaneouslocalization and mapping，VSLAM)，由VO前端、后端优化、回环检测以及建图几个部分组成，在机器人自主定位和路径规划中起到重要的作用。VSLAM相比于VO计算量大大提高，对数据处理终端计算能力有很高的要求，很难实现实时定位与建图。

发明内容

本发明主要解决了传统室内定位方法定位误差会随着时间增长而增大的问题，提出成本低、操作简单、准确性高的单目视觉人工路标的辅助INS的导航定位方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种单目视觉人工路标的辅助INS的导航定位方法，包括以下步骤：

S1：设计人工路标；

S2：标定尺度因子；

S3：建立视觉路标库；

S4：基于路标库对相机位置和姿态进行单目视觉估计；

S5：单目视觉人工路标辅助INS定位。

本发明在已知位置设置人工路标图像，建立视觉路标库，根据视觉路标库中图像与当前采集图像的关系，结合已知的路标库图像获取时的相机位置和姿态从而获得当前相机的位置和姿态，利用相机的定位信息对INS定位数据进行误差修正，从而减小INS的误差累积，使定位更加精确。

作为上述一种优选方案，所述步骤S1人工路标外围尺寸为R，正中设有用于路标标号的二维码，二维码到人工路标边缘的区域设有标识图案。标识图案能够使人工路标具有足够多的ORB特征点。

作为上述一种优选方案，所述步骤S2中标定尺度因子，包括以下步骤：

S21：利用相机在已知距离D正对人工路标进行拍摄；

S22：获取人工路标的像素尺寸r；

S23：根据小孔成像原理，获取尺度因子f

f＝D*r/R。

作为上述一种优选方案，所述步骤S3中建立视觉路标库，包括以下步骤：

S31：将多个人工路标设置在带有相机的载体的移动线路上；

S32：使相机在已知位置正对人工路标进行拍摄，记录相机位置、姿态；

S33：检测拍摄图像中的路标区域以及像素尺寸，根据尺度因子得到路标到相机的距离，并对拍摄图像中的非人工路标区域进行填充；