[发明专利]飞行器单目视觉尺度估计方法和装置、飞行器导航系统及飞行器

说明书

本公开提出一种飞行器单目视觉尺度估计方法和装置、飞行器导航系统及飞行，涉及飞行器技术领域。本公开的飞行器单目视觉尺度估计方法包括：获取当前飞行高度估计值；在飞行高度估计值小于预定高度的情况下，根据垂直向下探测的距离探测传感器的探测数据和惯性测量单元IMU的探测数据确定单目视觉尺度值。通过这样的方法，能够在飞行器的飞行高度小于预定高度的情况下，采用距离探测传感器与IMU配合的方式获取单目视觉尺度值，一方面无需人工参与，提高了自动化程度，另一方面也能够综合距离探测传感器和IMU的优势，减少单一测量方法造成的误差，提高尺度估计的准确度。

技术领域

本公开涉及飞行器技术领域，特别是一种飞行器单目视觉尺度估计方法和装置、飞行器导航系统及飞行器。

背景技术

精确的位姿估计是小型旋翼飞行器等飞行器进行自主飞行控制的关键。目前大多数飞行器采用GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统)与IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)组合进行位姿估计，但是在GNSS信号强度和准确度不佳的情况下无法正常工作，通过视觉SLAM(Simultaneous Localization andMapping，即时定位与地图构建)进行位姿估计，可以解决卫星信号无法获取时飞行器的位姿估计问题。

对于单目视觉SLAM中，单目视觉尺度估计是进行精确位姿估计的前提，目前，为了得到单目视觉的绝对尺度信息，需要人为设定尺度标杆。很多学者在这方面进行了研究，如，单目视觉SLAM中的经典算法PTAM(Parallel Tracking and Mapping，追踪与绘制)采用人为操作来对尺度进行估计，在其初始化过程中沿着坐标轴平移固定的距离，通过这个已知的距离对尺度进行估计，但是这样的方法需要人为干预手动进行初始化，无法实现完全自主。

发明内容

本公开的一个目的在于提高飞行器单目视觉尺度估计的自动化程度和准确度。

根据本公开的一个方面，提出一种飞行器单目视觉尺度估计方法，包括：获取当前飞行高度估计值；在飞行高度估计值小于预定高度的情况下，根据垂直向下探测的距离探测传感器的探测数据和IMU的探测数据确定单目视觉尺度值。

可选地，根据距离探测传感器的探测数据和IMU的探测数据确定单目视觉尺度值包括：根据距离探测传感器的探测数据获取SLAM算法的尺度估计值，作为第一尺度因子；根据IMU的探测数据获取SLAM算法的尺度估计值，作为第二尺度因子；基于尺度因子融合策略，根据第一尺度因子和第二尺度因子确定单目视觉尺度值。

可选地，尺度因子融合策略包括：根据公式：

λ＝λ₁*θ₁+λ₂*θ₂

确定单目视觉尺度值λ，其中，λ₁为第一尺度因子，λ₂为第二尺度因子，θ₁为第一尺度因子的权重，θ₂为第二尺度因子的权重，θ₁与距离探测传感器的置信度与距离探测传感器和IMU的置信度之和的比值正相关，θ₁和θ₂为正数，且θ₁+θ₂＝1。

可选地，根据距离探测传感器的探测数据和单目视觉探测数据获取第一尺度因子包括：根据SLAM算法的输出频率获取距离探测传感器探测的高度变化情况；根据距离探测传感器统计的高度变化情况，以及ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF，快速特征点提取和描述)-SLAM算法确定的高度变化情况，基于加权最小二乘法确定单目视觉尺度值，其中，距离当前时刻越近的数据权重越大。

可选地，还包括：在飞行器高度大于等于预定高度的情况下根据IMU的探测数据获取SLAM算法的尺度估计值，作为单目视觉尺度值。