[发明专利]基于惯性引导采样的视觉IMU方向估计方法

摘要

本发明提出了一种基于惯性引导采样的视觉IMU方向估计方法，即利用IMU的方向估计信息，引导视觉方向估计中匹配点对的采样过程和误匹配点的移除过程。包括基于增益自适应互补滤波器的IMU方向估计、基于尺度旋转不变的特征检测以及基于视觉IMU融合的方向估计三个步骤。本发明方法采用增益自适应互补滤波器，能够在初始迭代过程中剔除明显的误匹配点对，提高了方向估计的准确性；将IMU的姿态估计信息作为初值引入到视觉方向估计中，通过迭代移除误匹配点对，加快了方向估计的进程，有效避免了采用随机初始值带来的运算量大的问题。本发明方法适用性广、鲁棒性好、准确率高，可广泛应用在人体康复训练的动作捕捉过程中。

主权项

1.一种基于惯性引导采样的视觉IMU方向估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基于增益自适应互补滤波器的IMU方向估计；步骤2：基于尺度旋转不变的特征检测方法，来检测与匹配两幅图像间的特征点；步骤3：基于视觉IMU融合的方向估计；所述步骤1包括以下步骤：步骤1.1：计算陀螺仪的方向估计；步骤1.2：计算加速计与磁力计的方向估计；步骤1.3：基于互补滤波算法的方向估计；步骤1.4：IMU姿态估计；所述步骤1.1包括以下步骤：步骤1.1.1：求解t+Δt时刻描述IMU方向的四元数的变化率其中，四元数中的q₁、q₂、q₃分量分别对应旋转轴在X、Y、Z方向的投影，q₀分量对应IMU围绕旋转轴旋转的角度；符号表示四元数乘积，表示t时刻IMU陀螺仪的四元数估计值，ω_t+Δt表示t+Δt时刻陀螺仪的输出值。步骤1.1.2：求解t+Δt时刻四元数的估计值步骤1.1.3：归一化处理四元数估计值，得出t+Δt时刻由陀螺仪估计出的四元数值