[发明专利]一种基于双摄像机的飞行器光流检测装置的运动估计方法

权利要求书

1.一种基于双摄像机的飞行器光流检测装置的运动估计方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)采用前视与下视摄像机组成的飞行器光流检测装置，在飞行过程中飞行器光流检测装置实时采集前视和下视图像，并分别计算前视和下视图像当前帧和前一帧之间对应多个特征点的光流值和

(2)利用前视图像平移光流分布特点和光流的解耦思想，建立非线性方程组求解飞行器的角速度，进而更新姿态角；

(3)利用获得的角速度计算下视图像旋转光流，再由计算下视图像平移光流，利用获得的姿态角，将下视图像的各个特征点的深度表征为飞行器离地高度的函数，建立新型平移运动估计方程，用UKF求解飞行器速度v；

(4)在飞行器飞行过程中，不断重复(1)到(3)，直至导航结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于双摄像机的飞行器光流检测装置的运动估计方法，其特征在于：所述步骤(1)光流检测装置的组成及安装结构为：光流检测装置由一个前视摄像机与一个下视摄像机组成，前视摄像机的光轴与飞行器纵轴平行，并使图像横轴与飞行器横轴平行，采集前方图像；下视摄像机的光轴与前视摄像机光轴垂直，并使图像横轴与飞行器横轴平行，采集飞行器下方的地面图像。

3.根据权利要求1所述的一种基于双摄像机的飞行器光流检测装置的运动估计方法，其特征在于：所述步骤(1)中涉及到的光流值计算方法为：采用基于特征点的金字塔LK光流算法，首先分别对前视和下视摄像机采集到的前一帧图像进行Harris角点检测，并计算亚像素级角点位置；然后在特征点处对图像分块处理，并用金字塔LK算法计算前一帧图像和当前帧之间特征点处的光流值和

4.根据权利要求1所述的一种基于双摄像机的飞行器光流检测装置及运动估计方法，其特征在于：所述步骤(2)中利用前视图像平移光流分布特点和光流的解耦思想，建立非线性方程组求解飞行器的角速度，进而更新姿态角的具体实现方法如下：

图像特征点i对应的光流分为平移光流、旋转光流两部分，分别与速度、角速度有关，称为光流的解耦，其中，平移光流与特征点i对应的三维点的深度有关；旋转光流与特征点i的深度无关；

前视摄像机各个特征点的平移光流交于一点，满足式(1)，式中(u_i,v_i)为特征点i对应像素坐标，(p_x,p_y)为平移光流交点坐标，为特征点i对应平移光流；

(ui-px)(vi-py)=u·i,Tv·i,T]]>

光流分解为平移光流和旋转光流两部分，如下式所示，式中为特征点i对应的总光流：

u·i,T=u·i-u·i,Rv·i,T=v·i-v·i,R]]>

旋转光流与特征点深度无关，由以上两式得到旋转光流像素坐标(u_i,v_i)和交点坐标(p_x,p_y)的关系式：

(u·i-u·i,R)(vi-py)-(v·i-v·i,R)(ui-px)=0]]>

将旋转光流运动估计式代入上式，得到飞行器角速度ω、(u_i,v_i)和(p_x,p_y)的关系式；采集M个特征点联立非线性方程组，用基于奇异值分解的广义逆法求解方程组的最小二乘解，得到角速度ω；对三轴角速度分别积分得到俯仰角、偏航角和滚转角。