[发明专利]一种基于视觉误差补偿的地质灾害未知环境组合导航方法

权利要求书

1.一种基于视觉误差补偿的地质灾害未知环境组合导航方法，其特征在于，利用单目视觉求解救援平台相对运动姿态，融合相对定位信息进行卫星导航定位误差补偿，最终得出高精度、可信定位结果；具体包括如下步骤：

(1)基于连续序列图像特征跟踪获取候选关键帧，利用候选关键帧计算相机姿态变换矩阵；

(2)构建一阶马尔科夫模型，基于一阶马尔科夫模型进行视觉辅助北斗误差补偿；

(3)构建卫星导航信号观测信息的可信区间，基于信任函数对观测量权重取值。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉误差补偿的地质灾害未知环境组合导航方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体方式如下：

(101)利用基于梯度的运动统计方法获取图像序列特征匹配，依次统计序列图像特征匹配跟踪数目，也就是视图中某一特征点在序列图像中连续匹配的数目，记录视图中最大的跟踪特征数目，选取连续序列中包含最多特征跟踪数目的视图作为候选的关键帧；

(102)相机的内参数为{f_x,f_y,s,c_x,c_y}，其中，s表示相机的扭曲，f_x,f_y表示相机的焦距，c_x,c_y表示图像主点；相机的外参数为{R,t}，其中，R为旋转矩阵，t为平移向量；

(103)选用针孔模型进行相机姿态变换求解，它由一个限定尺度的3×4投影矩阵表示；将3×4的投影矩阵P分解成一个3×3的上三角矩阵K和一个3×4的转移矩阵[R|t]的乘积：

其中，r₁₁,r₁₂,r₁₃,r₂₁,r₂₂,r₂₃,r₃₁,r₃₂,r₃₃为旋转矩阵R的元素，t_x,t_y,t_z为平移矩阵t的元素；

(104)假定X₁＝[x₁,y₁,1]^T,X₂＝[x₂,y₂,1]^T为两幅关键帧对应匹配点对的归一化坐标，定义描述图像姿态变换的基础矩阵基础矩阵F包含相机的内外参数信息，并对F各元素进行重组变换为列矢量形式，即：

f＝[f₁₁ f₁₂ f₁₃ f₂₁ f₂₂ f₂₃ f₃₁ f₃₂ f₃₃]^T，

对于稳定存在的匹配点对(X₁,X₂)，由对极几何约束X₁^TFX₂＝0，有：

[x₁x₂,x₁y₂,x₁,y₁x₂,y₁y₂,y₁,x₂,y₂,1]·f＝0

(105)选择8对匹配点，经代数变换构成线性方程组，满足：

Af＝0

其中，

A为8×9的矩阵；

(106)根据矩阵的唯一性，所有解向量f参数存在比例因子；为了确定标准解，加入约束条件||f||＝1，此条件满足f作为A^TA的最小特征值所对应的特征向量；A的奇异值分解为A＝UDV^T，其中：

V＝[v₁,v₂,v₃,v₄,v₅,v₆,v₇,v₈,v₉]，对应f＝v₉，从而求出基础矩阵F；

(107)定义本质矩阵E：

E＝K^TFK

利用奇异值分解求解第二幅图像外参数：

E＝UDV^T

其中U,V分别是3×3的正交阵，D为3×3的对角阵，其形式为：

对给定的一个本质矩阵E＝Udiag(1,1,0)V^T，由第一幅图像的相机投影矩阵P₁＝K[I,0]推导第二幅图像的投影矩阵P₂，至此，获取关键帧间的相机姿态变换。