[发明专利]一种空地协同车辆定位定向方法

说明书

本发明专利公开了一种空地协同车辆定位定向方法，具体涉及车辆定位定向方法应用技术领域。一种空地协同车辆定位定向方法，包括如下步骤：采用无人机挂载工业相机来构建非重叠视场相机系统，求解相机之间的坐标变换，获取多相机的内部参数和外部参数；基于结构森林和PCANet的标志物检测对相机系统内获取的内部参数和外部参数进行分类识别，以获取标志物的位置信息；根据时空一致性的视觉推算定位算法，并结合S2中检测到的标志物位置信息，对车辆自身的方位进行估计，同时，采用状态滤波，实时估计车辆的位置和状态信息。采用本发明技术方案解决了大型工程车辆及特种车辆进行复杂道路作业时的安全问题，可为驾驶员提供有效的车辆位置信息。

技术领域

本发明涉及车辆定位定向方法应用技术领域，特别涉及一种空地协同车辆定位定向方法。

背景技术

近年来，随着无人机技术的发展，利用无人机代替作业人员在三维复杂环境下进行作业，对减少经济成本、减轻劳动强度以及降低作业人员在执行工作任务时的安全风险具有重要意义。结合实际大型工程车辆及特种车辆的任务，大型工程车辆及特种车辆在复杂条件下的使用是其中重要的一部分。相应地，在开展任务的过程中，各种问题也突显出来，比如：夜间行驶感知道路安全性的能力不够，在预定场地不能够自动识别的标志物，以及车辆的定位定向技术不足等。对于各种复杂的道路条件，开展大型工程车辆及特种车辆的智能辅助，及时检测地面的标志物和辅助信息，提供相应的车辆相对方位参数，是有效提升车辆在预定场地感知能力的技术手段。因此，开展大型工程车辆及特种车辆视觉辅助定位定向技术研究，为驾驶员提供辅助的信息，是一个极具现实意义和战略价值的方向。

发明内容

本发明意在提供一种空地协同车辆定位定向方法，解决了大型工程车辆及特种车辆进行复杂道路作业时的安全问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种空地协同车辆定位定向方法，包括如下步骤：

S1、构建图像采集系统：采用无人机挂载工业相机来构建非重叠视场相机系统，求解相机之间的坐标变换，获取多相机的内部参数和外部参数，用于畸变图像的校正以及局部场景信息的构成；

S2、标志物检测与识别：基于结构森林和PCANet的标志物检测对相机系统内获取的内部参数和外部参数进行分类识别，以获取标志物的位置信息；

S3、车辆的定位定向：根据时空一致性的视觉推算定位算法，并结合S2中检测到的标志物位置信息，对车辆自身的方位进行估计，同时，采用状态滤波，实时估计车辆的位置和状态信息。

进一步的，S1中外部参数的获取方法采用如下步骤：

S101、将两个子靶标(即第一子靶标和第二子靶标)固连形成固连靶标，确保两个子靶标分别放置于第一相机和第二相机的视场中，再通过大视场相机获取不同位置时固连靶标的图像序列，根据PnP原理，可以求解固连靶标到大视场相机的转换矩阵T_t1,c和T_t2,c，并且以相机坐标系为中介，根据式为：

上式中，K为内参矩阵，Hⁱ为第i个靶标到图像平面的映射关系，和为外部参数；通过摄影测量法获取子靶标之间的转换矩阵T_t2,t1，作为求解多相机系统之间转换矩阵参数的关联条件；

S102、对于非重叠视场相机系统，令第一相机采集视场中第一子靶标的图像、第二相机采集视场中第二子靶标的图像，提取图像中的角点特征，得到第一子靶标到第一相机的转换矩阵T_t1,c1和第二子靶标到第二相机的转换矩阵T_t2,c2，并结合S101中得到的参数关联条件T_t2,t1，根据式为：