[发明专利]基于图像配准的无人机辅助引导控制系统及方法

说明书

本发明提出一种基于图像配准的无人机辅助引导控制系统及方法，包括图像传感器、惯性测量单元、处理单元；处理单元接收惯性测量单元第一时刻和第二时刻的测量数据，并以此估计第一和第二时刻之间的运动；处理单元对第一时刻获得的图像通过不同的预处理方法进行预处理，并将估计的运动应用到每种预处理后的图像，得到多个预测图像；处理单元将每个预测图像分别与第二时刻获得的图像进行比较，得到与第二图像最匹配的预测图像；处理单元利用最匹配的预测图像与第二图像之间的误差对惯性测量单元第二时刻的测量数据进行修正。本发明采用图像配置方法进行辅助导航，消除惯性测量单元IMU数据中的误差，能够获得更为精确的导航结果。

技术领域

本发明涉及了无人机导航技术领域，是一种无人机的导航滤波方法，应用计算机视觉中的图像处理方法，具体为非线性系统的扩展卡尔曼滤波方法和基于强度的图像配准方法所得到的基于图像配准的无人机辅助引导控制系统及方法。

背景技术

无人机的导航系统通常包括惯性测量单元(IMU)和GPS。然而GPS的定位精度容易受到环境影响，在一些深山或者其他环境干扰情况下无法正常工作，这为无人机进行各类任务带来诸多限制。典型的惯性测量单元(IMU)包括多个陀螺仪和加速度计，利用它们可以测量解算无人机的姿态角、位置、速度和方向。然而，典型的IMU在测量中会有误差。误差源可能包括陀螺仪比例因子误差，偏差和漂移。这些错误可能是时变的并且可以在IMU测量中累积。特别地，初始测量中的小误差可以在随后的测量中传播，并与其他的误差组合或由导航计算放大例如，诸如十分之一的姿态的小误差甚至可以使无人机偏离目的地几百米。所以，单独的惯性测量单元(IMU)工作无法给无人机提供长时间的姿态信息，如何解决IMU数据中的误差是无人机导航中的最重要的问题。

发明内容

为解决无人机导航过程中IMU数据的各种漂移误差和噪声误差带来的影响，同时解决在GPS信号较差时无法用IMU进行独立导航的问题，本发明提出了一种基于图像配准的辅助导航系统来消除IMU数据中的误差，获得更为精确的导航的结果。

本发明的技术方案为：

所述一种基于图像配准的无人机辅助引导控制系统，其特征在于：包括能够在第一时刻获得第一图像并在第二时刻获得第二图像的图像传感器；能够得到对应于第一时刻和第二时刻测量数据的惯性测量单元；以及耦合到图像传感器和惯性测量单元的处理单元；所述处理单元能够接收来自惯性测量单元的测量数据，并依据惯性测量单元的测量数据估计第一和第二时刻之间的运动；所述处理单元能够对第一时刻获得的第一图像通过不同的预处理方法进行预处理，并将估计的运动应用到每种预处理后的图像，得到多个预测图像；所述处理单元能够将每个预测图像分别与第二时刻获得的第二图像进行比较，得到与第二图像最匹配的预测图像；所述处理单元能够利用最匹配的预测图像与所述第二图像之间的误差对惯性测量单元第二时刻的测量数据进行修正。

进一步的优选方案，所述一种基于图像配准的无人机辅助引导控制系统，其特征在于：所述处理单元能够依据惯性测量单元的测量数据估计第一和第二时刻之间的运动，所述运动为平移和/或旋转运动。

进一步的优选方案，所述一种基于图像配准的无人机辅助引导控制系统，其特征在于：所述处理单元能够依据修正后的惯性测量单元第二时刻测量数据，重新估计第一和第二时刻之间的运动，并将估计的运动应用到每种预处理后的图像，得到新的多个预测图像；所述处理单元能够将每个新的预测图像分别与第二时刻获得的第二图像进行比较，得到新的与第二图像最匹配的预测图像；所述处理单元能够利用新的最匹配的预测图像与所述第二图像之间的误差对修正后的惯性测量单元第二时刻的测量数据再次进行修正。

所述一种基于图像配准的无人机辅助引导控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：在时刻T从图像传感器获取第一时刻的第一图像，同时获取T时刻的惯性测量单元测量数据；

步骤2：在时刻T+dT从图像传感器获取第二时刻的第二图像，同时获取T+dT时刻的惯性测量单元测量数据；