基于imu与单目视觉融合的姿态测量方法

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1、第50卷第3期天津大学学报(自然科学与工程技术版)Vol.50No.32017年3月JournalofTianjinUniversity(ScienceandTechnology)Mar.2017DOI:10.11784/tdxbz201604003基于IMU与单目视觉融合的姿态测量方法1,2121,21孙长库，徐怀远，张宝尚，王鹏，郭肖亭(1.天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津300072；2.中航工业洛阳电光设备研究所光电控制技术重点实验室，洛阳471009)摘要：快速准确测量运动目标的姿态，在航天航空、机器人等领域应用广泛．针对

2、惯性姿态测量速度快但精度不足而视觉姿态测量精度高但速度慢的特点，提出了一种基于IMU与单目视觉融合的姿态测量方法．IMU姿态测量时，使用欧拉角迭代公式解算运动目标的姿态；单目视觉姿态测量时，使用POSIT算法求解被测目标的姿态；再使用H滤波器融合两者的测量结果；用融合结果与惯性测量结果的差值修正并更新漂移误差曲线．根据被测目标的∞两组匀速转动信息，提出了双矢量正交化标定法标定IMU坐标系到目标坐标系的旋转矩阵；根据单目视觉采集的3幅图像信息，提出了三图快速标定法标定靶标坐标系到目标坐标系的旋转矩阵．实验表明，提出的姿态测量方法能实现快速姿态测量，

3、测量精度高．关键词：惯性测量单元；视觉测量；融合；姿态测量；坐标系标定中图分类号：TK448.21文献标志码：A文章编号：0493-2137(2017)03-0313-08HybridPoseMeasurementBasedonFusionofIMUandMonocularVision1,2121,21SunChangku，XuHuaiyuan，ZhangBaoshang，WangPeng，GuoXiaoting(1．StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasuringTechnologyandInstruments，Ti

4、anjinUniversity，Tianjin300072，China；2．ScienceandTechnologyonElectro-OpticControlLaboratory，LuoyangInstituteofElectro-OpticEquipment，AVIC，Luoyang471009，China)Abstract：Quickandaccurateobject-posemeasurementiswidelyusedinaerospaceandrobotfields．Inertialposemeasurement，usingEuler

5、angleiterationformula，hasanadvantageinmeasuringvelocitybutsuffersfromslowdrift．Incontrast，visualposemeasurementbasedonPOSITalgorithmisslowbutaccurate．Thispaperproposesamethodformeasuringattitudebyintegratingthedatafromthetwotypesofmeasurements.Hfilterisusedforfu-∞sion．Inthisp

6、aper，Eulerdrifterrorcurve，causedbythedriftofgyroscopicsensor，iscorrectedandupdatedac-cordingtothedifferencebetweenthehybridmeasurementresultandtheoutputofinertialmeasurement．Inordertocalibratethecoordinaterelationshipsinposemeasurementsystem，thispaperpromotesadouble-vectorort

7、hogonalcalibrationmethodandathree-picturefastcalibrationmethod．ThosemethodsusetheoutputofIMUandtheinforma-tionfromthreecapturedpictureswhentheobjecttakesadeterminedrotation．Experimentalresultsshowthathybridposemeasurementwithfusionresolutionisquickerthanvisualorientationmeasu

8、rement，withhigheraccuracy.Keywords：IMU；visualmeasurement；fusion；pose