[发明专利]基于惯性测量辅助视觉的运输车空间定位方法及系统

说明书

本发明公开了基于惯性测量辅助视觉的运输车空间定位方法及系统，采集AGV小车的IMU传感器数据；采集AGV小车周围环境的连续图像；将IMU传感器数据按照时间块进行累加得到IMU传感器数据块；对图像进行预处理，得到特征点匹配数据；利用得到的IMU传感器数据块和的特征点匹配数据，估计出相机的位置和方向；根据相机的位置和方向，绘制相机的运动轨迹图；地图匹配：将相机所在的世界坐标系与真实场景所在的世界坐标系进行坐标转换，使得AGV得到的位置和路径能与真实场景地图在位置和路径上进行匹配；获得AGV小车在真实场景中的位置以及所有可能的运行路径。本发明能达到AGV小车精准空间定位的目的。

技术领域

本发明涉及基于惯性测量辅助视觉的运输车空间定位方法及系统。

背景技术

AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)系统，也称AGV小车，包括定位和导航两部分。定位主要有两大主流：基于激光雷达的定位系统、基于视觉的定位系统。基于激光雷达的定位系统的原理是激光测距，即向环境中发射红外激光和接收红外激光，获得时间差，进而得到物体的距离。激光雷达定位系统运行稳定、精度较高，但激光雷达价格过于昂贵，并且激光雷达不能感知周围的一些视觉信息，比如周围环境的颜色以及某些特殊标志。

基于视觉的定位系统是通过图像采集设备收集近距离的环境信息，并利用计算机视觉技术进行图像处理获得环境信息，实现定位。在图像采集设备中，单目相机因其简单的结构和原理，而被广泛应用。但基于单目相机作为视觉传感器，仍有一些缺陷：

1.没有深度信息，导致定位不准确；

2.根据特征点追踪估计出的相机位置和方向存在误差，并不断累积，导致小车偏离路径。

发明内容

基于以上问题，我们采用惯性测量单元(IMU,Inertial Measurement Unit)辅助单目相机实现空间定位，提出了一种基于惯性测量辅助视觉的运输车空间定位方法及系统，其中IMU的估计加视觉特征的精准匹配，使得系统定位精度很高。本发明能够在比较复杂的环境中也可以实现AGV的精准定位功能。

第一方面，本发明提供基于惯性测量辅助视觉的运输车空间定位方法，包括：

步骤(1)：采集AGV小车的IMU传感器数据，所述IMU传感器数据，包括：AGV小车角速度和加速度；

步骤(2)：采集AGV小车周围环境的连续图像；

步骤(3)：将IMU传感器数据按照时间块进行累加得到IMU传感器数据块，使得IMU传感器数据块输出的频率与采集的连续图像的输出频率保持一致，并且在时间上对齐；

步骤(4)：对步骤(2)的图像进行预处理，得到特征点匹配数据；

步骤(5)：利用步骤(3)得到的IMU传感器数据块和步骤(4)得到的特征点匹配数据，估计出相机的位置和方向；

步骤(6)：根据步骤(5)得到的相机的位置和方向，绘制相机的运动轨迹图；

步骤(7)：地图匹配：将相机所在的世界坐标系与真实场景所在的世界坐标系进行坐标转换，使得AGV得到的位置和路径能与真实场景地图在位置和路径上进行匹配；获得AGV小车在真实场景中的位置以及所有可能的运行路径。

所述步骤(3)的步骤为：

假设从IMU传感器获得的角速度为ω^r，加速度为α^r,但由于传感器受外界噪声的干扰以及自身硬件的限制，存在测量偏差σ，外界噪声干扰η，实际获得的IMU传感器数据：