本文關(guān)鍵詞：微型無(wú)人機(jī)視覺(jué)慣性導(dǎo)航

  更多相關(guān)文章： 視覺(jué)測(cè)程法 多傳感器融合 視覺(jué)慣性組合導(dǎo)航 擴(kuò)展卡爾曼濾波 微型無(wú)人機(jī)

【摘要】：和地面機(jī)器人不同,微型無(wú)人機(jī)具有在三維空間中的機(jī)動(dòng)能力,這使得它們能夠進(jìn)入人類很難到達(dá)的環(huán)境中完成許多危險(xiǎn)的任務(wù)。對(duì)于監(jiān)視、偵查、救援等任務(wù),微型無(wú)人機(jī)必須能夠不依賴預(yù)存的地圖或者對(duì)環(huán)境的具體假設(shè)進(jìn)行導(dǎo)航。本文為了解決微型無(wú)人機(jī)在未知環(huán)境中不依賴于GPS的導(dǎo)航問(wèn)題,討論了從單目視覺(jué)輸入測(cè)量機(jī)體姿態(tài)和位置的方法,以及基于視覺(jué)和慣性傳感器的卡爾曼濾波器的設(shè)計(jì)。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法設(shè)計(jì)的有效性。首先針對(duì)在采集圖像序列時(shí)可能會(huì)引入的運(yùn)動(dòng)模糊、缺乏角點(diǎn)信息等問(wèn)題,對(duì)特征各種特征檢測(cè)算法進(jìn)行了比較分析與試驗(yàn)。為了解決特征點(diǎn)集中分布在圖像的一小塊區(qū)域的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了分塊特征檢測(cè)的方案。然后針對(duì)從特征對(duì)應(yīng)計(jì)算本質(zhì)矩陣的問(wèn)題研究了經(jīng)典的五點(diǎn)算法,同時(shí)為了減小圖像噪聲等原因?qū)е碌恼`對(duì)應(yīng)特征對(duì)本質(zhì)矩陣計(jì)算的不利影響,設(shè)計(jì)了RANSAC算法與五點(diǎn)算法結(jié)合的方案用來(lái)剔除外點(diǎn)�？紤]到五點(diǎn)算法對(duì)攝像機(jī)的姿態(tài)估計(jì)會(huì)隨攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)而漂移的特點(diǎn),采取兩點(diǎn)算法與航姿參考系統(tǒng)結(jié)合的方案來(lái)估計(jì)本質(zhì)矩陣,并使用MATLAB測(cè)試了兩點(diǎn)算法和RANSAC算法結(jié)合的位置測(cè)量效果。接下來(lái)針對(duì)從本質(zhì)矩陣計(jì)算位姿矩陣的問(wèn)題,研究了如何使用對(duì)應(yīng)圖像點(diǎn)三角化的方法來(lái)估計(jì)空間點(diǎn)位置,進(jìn)而可以計(jì)算出位姿矩陣間的相對(duì)尺度,從而通過(guò)對(duì)經(jīng)過(guò)尺度校正的相對(duì)位姿矩陣的逐次累乘最終得到攝像機(jī)位姿矩陣序列。最后針對(duì)上述位姿矩陣估計(jì)方法產(chǎn)生的漂移較大的問(wèn)題,研究了局部光束平差法同時(shí)對(duì)空間點(diǎn)位置和攝像機(jī)位姿參數(shù)進(jìn)行局部?jī)?yōu)化的方法,以期減小運(yùn)動(dòng)估計(jì)的漂移。最后為了改善單目視覺(jué)位姿測(cè)量的動(dòng)態(tài)性能,同時(shí)為位置PD控制提供速度估計(jì)值,本論文引入了慣性測(cè)量元件,設(shè)計(jì)了視覺(jué)慣性組合導(dǎo)航算法。針對(duì)視覺(jué)慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題,首先對(duì)比了兩種過(guò)程模型的優(yōu)劣,最后選擇了直接IMU輸入的過(guò)程模型,以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了擴(kuò)展卡爾曼濾波器,除了對(duì)機(jī)體相對(duì)于世界坐標(biāo)系的位置、速度、姿態(tài)進(jìn)行估計(jì)以外,還對(duì)慣性測(cè)量元件的零偏、視覺(jué)測(cè)程法引入的位置測(cè)量尺度因子、IMU坐標(biāo)系與攝像機(jī)坐標(biāo)系的相對(duì)位姿等參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。最后通過(guò)MATLAB仿真對(duì)濾波算法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V249.3

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 方挺;無(wú)人機(jī)協(xié)同編隊(duì)飛行中的視覺(jué)感知關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 張志飛;小型無(wú)人直升機(jī)視覺(jué)定位與跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D];浙江大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：1197101