基于单目视觉的室内微型飞行器位姿估计与环境构建

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1、第44卷第2期2012年4月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics＆AstronauticsV01．44No．2Apr．2012基于单目视觉的室内微型飞行器位姿估计与环境构建郭力昂海松郑祥明(南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室，南京。210016)摘要：针对微型飞行嚣(Microairvehicle．MAV)在室内飞行过程中无法获得GPS信号，而微型惯性单元(Inertialmeasurementunit，IMU)的陀螺仅和

2、加速度计随机漂移误差较大，提出一种利用单目视觉估计微型飞行嚣位姿并构建室内环境的方法．在机戴单目摄像机拍摄的序列困像中引入一种基于生物视觉的方法获得匹配特征点，并由五点算法获得帧同摄像机运动参数和特征点位王参数的初始解；利用平面关系将特征点的位王信息由三雏降低到二雏，给出一种局部优化方法求解撮像机运动参数和特征点位置参数的最大似然估计，提高位姿估计和环境构建的精度．最后通过扩展卡尔曼滤波方法融合IMU传毒器和单目视觉测量信息解算出徽型飞行器的住姿。实验结果表明，该方法能够实时可靠地估计微型飞行器的住王

3、和姿态，构建的环境信息满足导航需豢，适用于微型飞行器室内环境中的导航控制．关键词：微型飞行嚣f生物视觉；堆数降低，局部优化；位姿估计l环境构建中围分类号：V249．122文献标识码：A文章编号：1005—2615(2012)02-0165．07MonocularVisionBasedMotionEstimationofIndoorMicroAirVehiclesandStructureRecoverj,GuoLi，AngHaisong，ZhengXiangming(KeyLaboratoryofFun

4、damentalScienceforNationalDefense-AdvancedDesignTechnologyofFlightVehicle，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Microairvehicles(MAVs)needreliableattitudeandpositioninformationinindoorenviron—ment．Themeasurementsofonb

5、oardinertialmeasurementunit(IMU)sensorssuchasgyrosandacce—larometersarecorruptedbylargeaccumulatederrors，andGPSsignalisunavailableinsuchsituation．Therefore。amonocularvisionbasedindoorMAVmotionestimationandstructurerecoverymethodiSpresented．Firstly，thefe

6、aturesaretrackedbybiologicalvisionbasedmatchingalgorithmthroughtheimagesequence，andthemotionofcamraisestimatedbythefive-pointalgorithm．Intheindoorenviro-ment，theplanarrelationshipisusedtoreducethefeaturepointdimentionsfromthreetotwo．Then，theseparameters

7、areoptimizedbyanlocalstrategytoimprovethemotionestimationandstructurere—coveryaccuracy．ThemeasurementsofIMUsensorsandvisionmodulearefusedwithextendedKalmanfileter．TheattitudeandpositioninformationofMAVsiSestimated．Theexperimentshowsthatthemethodcanrelia

8、blyestimatetheindoormotionofMAVinreal．time。andtherecoveredenviromentin—formationcanbeusedfornavigationofMAVs．Keywords：microairvehicle；biologicalvision；dimensionalityreduction；localoptimization；motiones—timation；environmentrecover