[发明专利]运动体运动姿态感知方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学、电子信息和航空领域，尤其涉及一种运动体运动姿态感知方法及系统。

背景技术

飞机飞行姿态是指飞机飞行过程中俯仰、滚转和偏航的程度，衡量飞机飞行姿态的标准是飞机姿态角，包括：俯仰角、滚转角和偏航角。为保证飞机正常飞行，需要对飞机飞行姿态进行测量和控制。

飞机姿态感知系统是飞机姿态控制系统的重要组成部分，为飞机姿态闭环控制提供反馈。在现有技术中，飞机多使用加速度计、陀螺仪、红外地平仪等设备进行姿态测量。但对于小型和微型无人飞机，上述技术目前仍难以满足其起飞降落阶段对抗过载、测量准确度和价格成本方面的要求。

另外，在侦查和大地测量等对地面进行拍照的领域，因飞机向下对地进行拍摄时照片无法显示地面的坡度，其所拍照片的实用价值受到限制，因此就需要有配套的测量飞机所拍摄地面坡度的系统，对所拍摄地面的坡度进行测量。

光流是空间运动物体在观测成像面上的像素运动的瞬时速度。光流的研究是利用图像序列中的像素强度数据的时域变化和相关性来确定各自像素位置的“运动”，即研究图像灰度在时间上的变化与景象中物体结构及其运动的关系。光流法能够在不知道场景的任何信息的情况下，检测出运动对象，并判断其运动情况。

近年来，光流方法已经得到一些发展和应用。作为光流分析方法用于高精度系统的例子，麻省理工学院的干涉计算机微视觉系统(ICMVS)，将光流分析方法应用于检测微机电系统MEMS中各微器件的平面微运动，运动幅度的分辨率最高可达2.5nm。在无人机领域，光流方法主要用于规避障碍和控制低速微型室内无人机。例如瑞士Ecole Polytechnique Federale de Lausanne(EPFL)制成的一维光流信息飞机姿态感知和控制系统，但该系统不能获得飞机姿态的全部信息，即俯仰、滚转、偏航角度和角速度，其只能获得偏航角度和角速度，该系统主要用于避障和导航，仅适用于低速微型室内无人机。

发明内容

针对上述问题，本发明目的在于提供一种基于光流方法感知运动体运动姿态全部信息的运动体运动姿态感知方法及系统。

为达到上述目的，本发明运动体运动姿态感知方法，包括以下步骤：

连续捕捉运动体在运动状态下参照面所呈的图像；

基于捕捉到的连续图像解算出图像中的光流信息；

基于解算出的光流信息得出运动体的运动姿态。

进一步地，本发明所述方法还包括：将得到的运动姿态输出到外接设备。

进一步地，所述的基于捕捉到的图像解算出图像中的光流信息，具体实现如下：

对比连续若干帧的图像得出对比结果；

基于对比结果采用位移解算算法从图像中解算出光流信息。

进一步地，所述的基于解算出的光流信息确定运动体的运动姿态，具体实现如下：

分析解算出的光流信息是否真实有效，是，继续进行下一步骤；否，丢弃无效光流信息；

判断有效的光流信息个数是否小于姿态解算算法所需的最少个数3，是，发出报警信号；否，基于有效的光流信息采用姿态解算算法计算出运动体的运动姿态。

特别地，所述光流信息包括图像中图像模式的横向和纵向移动信息，该移动信息以所述图像采集器输出图像的像素大小为单位的图像移动的二维位移信号来表述。

特别地，所述运动姿态包括：运动体相对参照面的姿态角和姿态角角速度。

为达到上述目的，本发明所述运动体运动姿态感知系统，包括：图像采集模块、图像解析模块、姿态解算模块、通信模块和外接设备；其中，

所述的图像采集模块，由至少三个设置在运动体上且不在同一条直线上的图像采集器构成，，用于在运动体处于运动状态下采集参照面图像；

所述图像解析模块，由数量与所述图像采集器相同的位移解算器构成，各位移解算器分别接收与其对应的图像采集模块输出的图像，并通过对比连续若干帧图像基于位移解算算法解算出图像中的光流信息；

所述姿态解算模块，分析接收自所述图像解析模块输出的光流信息，并基于有效的光流信息采用姿态解算算法得出运动体的运动姿态；

所述通信模块，建立所述姿态解算模块和所述外接设备之间的信号传输。

特别地，所述光流信息包括图像中图像模式的横向和纵向移动信息，该移动信息以所述图像采集器输出图像的像素大小为单位的图像移动的二维位移信号来表述。

特别地，所述的运动姿态包括：运动体相对参照面的姿态角和姿态角角速度。

进一步地，所述姿态解算模块包括：数据筛选器和姿态解算器，其中，