基于惯性与单目视觉信息互助及融合的室内导航关键技术

室内微小型飞行器在国防和社会生活中的用途广泛，受到国内外众多研究机构的重视。室内飞行器必须具备在室内复杂非合作环境中进行实时避障的智能自主导航功能，但由于微小型飞行器的载荷与机载能源的限制，需要充分利用飞行器平台的惯性导航系统与视觉功能设备，研究基于惯性与单目视觉信息互助及融合理论。依靠视觉图像特征点辅助微惯性系统的视觉内阻尼算法提高惯性的位置和姿态信息精度；利用丰富的6自由度惯性导航信息提高视觉图像质量，并辅助单目序列图像特征点信息估计障碍物的碰撞时间；研究基于微惯性信息与单目视觉序列图像信息的室内非合作环境实时SLAM算法，实现飞行器室内位置和姿态的高精度估计，并采用渐次递进实验形式，验证惯性/视觉室内导航关键技术，突破微小型飞行器室内智能自主导航技术瓶颈。

室内微小型飞行器在国防和社会生活中的用途广泛，受到国内外众多研究机构的重视。室内飞行器必须具备在室内复杂非合作环境中进行实时避障的智能自主导航功能，但由于微小型飞行器的载荷与机载能源的限制，需要充分利用飞行器平台的惯性导航系统与视觉功能设备，研究基于惯性与单目视觉信息互助及融合理论。研究内容主要包括：依靠视觉图像特征点辅助微惯性系统的视觉内阻尼算法提高惯性的位置和姿态信息精度；利用丰富的6自由度惯性导航信息提高视觉图像质量，并辅助单目序列图像特征点信息估计障碍物的碰撞时间；研究基于微惯性信息与单目视觉序列图像信息的室内非合作环境实时SLAM算法，实现飞行器室内位置和姿态的高精度估计，并采用渐次递进实验形式，验证惯性/视觉室内导航关键技术。本项目申请国家自然科学基金以及获批资助以来，项目组结合自身的优势，就惯性/视觉的室内关键导航技术的一系列关键问题开展研究，并取得了较好的研究成果，主要体现在以下方面：基于视觉辅助的惯性高精度位姿解算理论研究；惯性辅助的视觉三维快速避障理论研究；基于微惯性/单目视觉的多信息融合与位置估计理论研究；室内飞行器智能自主导航技术试验与技术验证研究。经过对基于惯性与单目视觉信息互助及融合的室内导航关键技术研究，利用视觉传感器对飞行器的位姿解算有效抑制了惯性传感器的误差发散；利用结构光辅助单目视觉进行距离测量大大提高了三维快速避障的效率并为飞行器室内飞行的定位及路径规划提供了必要信息；对室内飞行器智能自主导航技术的试验与验证为自主导航关键技术今后的实际应用奠定了基础。