[发明专利]一种基于多传感器融合的姿态解算方法

说明书

本发明公开一种基于多传感器融合的姿态解算方法，属于图像处理模式识别领域。在靶板上安装陀螺仪和LED灯，将靶板固定在头盔上，左右两部相机安放在与靶板等高位置；DSP分别计算两部相机采集的图像中LED灯的坐标；根据坐标系的转换关系解算得到靶板与左右两部相机相对的姿态角信息；解算出初始位置的方位角和俯仰角、实时位置的方位角和俯仰角、当前位置相对初始位置方位角与俯仰角的变换量；根据靶板与左右两部相机的相对位置，融合左右两路图像解算出方位角与俯仰角；实时获取陀螺仪的方位角速度和俯仰角速度；根据姿态角输出时刻计算陀螺仪方位角和俯仰角的累积量；根据图像解算出来的方位角和俯仰角与陀螺仪累积的方位角和俯仰角进行融合。

技术领域

本发明涉及图像处理模式识别技术领域，特别涉及伺服系统跟随驾驶员头部运动的系统。

背景技术

近年来，战场上作战方式的多样化、智能化，对作战辅助系统也提出了很高的要求。驾驶员在装甲车辆内部(全密闭环境下)，观察外部环境时，需借助光电系统获取正常甚至更广阔的驾驶视野；为了更快捷的获取不同角度的视野，亟需一种基于通过解算人体头部姿态控制光电系统随动的系统。

国内外现有的技术中，通常有三种方法：一是通过采集并分析人脸的特征，基于人脸的特征点检测，根据特征点的旋转变化解算出运动的姿态。基于该原理的系统受环境影响因素大，解算出的姿态角误差大，在密闭黑暗的空间内甚至无法正常工作；二是通过单一的图像传感器采集图像数据，分析解算头部运动的姿态，但受到处理器性能的限制，不能满足系统的实时性要求，解算出的姿态角存在滞后现象，同时存在人体头部转动角速度大时(大于100°/s)，采集的图像会有拖尾现象，导致通过图像无法正常解算姿态角；三是使用单个相机采集图像数据，受到相机的视场角限制，人体头部运动的角度有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多传感器融合的姿态解算方法，以解决头部转动角速度大时无法正常工作和实时性问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于多传感器融合的姿态解算方法，包括：

在靶板上安装陀螺仪和若干个LED灯，将靶板固定在头盔上，左右两部相机安放在与靶板等高位置；

其中，两部相机采集的图像数据和陀螺仪输出的数据均传至外接DSP；

DSP分别计算两部相机采集的图像中LED灯的坐标；

根据坐标系的转换关系解算得到靶板与左右两部相机相对的姿态角信息；

解算出初始位置的方位角和俯仰角、实时位置的方位角和俯仰角、当前位置相对初始位置方位角与俯仰角的变换量；

根据靶板与左右两部相机的相对位置，融合左右两路图像解算出方位角与俯仰角；

实时获取陀螺仪的方位角速度和俯仰角速度；

根据左右两部相机相对的姿态角输出时刻计算陀螺仪方位角和俯仰角的累积量；

根据图像解算出来的方位角和俯仰角与陀螺仪累积的方位角和俯仰角进行融合。

可选的，所述两部相机安放的位置需确保在头部转动时，至少有一部相机能够观察到靶板。

可选的，所述陀螺仪安装在靶板的中心，LED灯的数量为8个，围绕所述陀螺仪安装在靶板的四个边。

可选的，所述两部相机安装在靶板法线两侧，两部相机与所述靶板之间等距且等高。