头盔姿态测量方法、测量装置及测量系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种头盔姿态测量方法、测量装置及测量系统，该方法包括：接收头盔惯性导航信息、机体惯性导航信息及图像信息；通过所述机体导航信息对所述头盔惯性导航信息进行标定和相对运动补偿处理获得头盔运动信息；对所述图像信息中标定的特征进行识别和提取获得视觉位姿信息；对所述视觉位姿信息和所述头盔运动信息进行数据融合获得头盔姿态信息。该方案解决了更新率慢、可靠性差及精度不能满足作战要求等缺点，实现了提高更行率和可靠性及精度要求。

Helmet Attitude Measurement Method, Measuring Device and Measuring System

The invention discloses a helmet attitude measurement method, a measuring device and a measuring system. The method includes: receiving helmet inertial navigation information, body inertial navigation information and image information; calibrating the helmet inertial navigation information through the body navigation information and processing the relative motion compensation to obtain the helmet motion information. The calibrated features in the image information are identified and extracted to obtain the visual posture information, and the helmet posture information is obtained by data fusion of the visual posture information and the helmet motion information. The scheme solves the shortcomings of slow update rate, poor reliability and inadequate accuracy to meet the operational requirements, and achieves the requirements of improving the turnover rate, reliability and accuracy.

【技术实现步骤摘要】
头盔姿态测量方法、测量装置及测量系统
本专利技术涉及导航姿态测量
，尤其是一种头盔姿态测量方法、测量装置及测量系统。
技术介绍
随着现代战机操作系统及机上雷达等设备操纵日益复杂，飞行员的头盔不仅是一种保护装置，更成为强大的信息平台。现代飞机普遍采用具有头盔瞄准功能的头盔显示器，头盔显示器能随着飞行员头部的转动，实时引导雷达等机上设备，进行目标跟踪、瞄准等操作，极大地提高了飞机的作战性能。另一方面，头盔显示器还能显示当前视角下机舱外的战场环境，使飞行员对战场环境有“浸没感”，眼睛不用频繁对焦，避免了视觉疲劳，大大降低了飞行员的负担。头盔显示器的关键技术之一是头盔的姿态测量，也就是要准确、快速的测量出头盔与机舱的相对姿态角，由头盔的姿态即可知道飞行员的视角，这样才能将精准的影像传输到头盔显示器，使飞行员和机上设备能够实时感知战场环境。从已有飞行员头盔装备来看，尽管已经有电磁式、视觉式等头盔姿态测量系统，但普遍存在与红外谱重叠、更新率慢、可靠性差，以及精度不能满足要求等缺点，还不能满足现代作战飞机的要求。
技术实现思路
本专利技术提供一种头盔姿态测量方法、测量装置及测量系统，用于克服现有技术中更新率慢、可靠性差及精度不高等缺陷，提高头盔姿态的更新率、可靠性及精度，提高飞机的作战性能。为实现上述目的，本专利技术提出一种头盔姿态测量方法，包括：步骤1，接收头盔惯性导航信息、机体惯性导航信息及图像信息；步骤2，通过所述机体导航信息对所述头盔惯性导航信息进行标定和相对运动补偿处理获得头盔运动信息；对所述图像信息中标定的特征进行识别和提取获得视觉位姿信息；步骤3，对所述视觉位姿信息和所述头盔运动信息进行数据融合获得头盔姿态信息。为实现专利技术目的，本专利技术还提供一种头盔姿态测量装置，包括：信息接收模块，用于接收头盔惯性导航信息、机体惯性导航信息及图像信息；信息处理模块，用于通过所述机体导航信息对所述头盔惯性导航信息进行标定和相对运动补偿处理获得头盔运动信息；还用于对所述图像信息中标定的特征进行识别和提取获得视觉位姿信息；数据融合模块，对所述视觉位姿信息和所述头盔运动信息进行数据融合获得头盔姿态信息。为实现专利技术目的，本专利技术还提供一种头盔姿态测量系统，包括：头盔惯性导航装置，用于输出头盔惯性导航信息，设置在头盔上，包括三轴MEMS陀螺、三轴MEMS加表、三轴磁强针；机体惯性导航装置，用于输出机体惯性导航信息，设置在机体上；视觉传感器，设置在所述头盔上，用于对机舱内部进行拍摄并输出图像信息；所述头盔姿态测量装置，用于根据头盔惯性导航信息、机体惯性导航信息、图像信息获得头盔姿态信息。本专利技术提供的头盔姿态测量方法、测量装置及测量系统，通过头盔惯性导航装置及机体惯性导航装置的实时测量，对头盔惯性导航信息及机体惯性导航信息进行计算和处理能获得头盔相对于机舱的姿态角，同时，利用头盔随操作者动作时设置在头盔上的视觉传感器对机舱内固定位置的机构或标记进行拍摄，在图像信息中形成标定的特征，利用图像识别技术在头盔达到固定位置时对头盔姿态进行标定，消除累积误差，提高测量精度；采用惯性传感器与视觉技术相结合的跟踪方式能够有效解决单一惯性测量中的累积误差问题，进而消除累积误差，提高测量精度，同时提高整体的动态性能和飞机的作战性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的头盔姿态测量系统的原理图；图2为图1的结构框架图；图3为本专利技术实施例提供的头盔姿态测量方法的信号处理流程图一；图4a为本专利技术实施例提供的头盔姿态测量系统中形成图像信号中标记特征的标记测试板；图4b为使用原理样机对图4a中的标记测试板进行测试的示意图；图5为本专利技术实施例提供的头盔姿态测量方法中基于marker标记的相机位姿估计算法流程图；图6为本专利技术实施例提供的头盔姿态测量方法的信号处理流程图二；图7为本专利技术实施例提供的头盔姿态测量方法中误差补偿的流程图；图8为本专利技术实施例提供的头盔姿态测量装置的结构框架图；图9为为专利技术实施例提供的头盔姿态测量系统中小型化布局思维导图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本专利技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。本专利技术提出一种头盔姿态测量方法、测量装置及测量系统。实施例一请参照图1至图2，本专利技术提供一种头盔姿态测量方法，包括：步骤1，接收头盔惯性导航信息、机体惯性导航信息及图像信息；头盔惯性导航信息由安装在头盔上的头盔惯性导航装置10发出，头盔惯性导航装置10可选用惯性传感器，用来测量头盔在惯性空间的位置姿态，输出的信号包括X、Y、Z三个轴上的电速率信号，加速度信号、磁强信号，或经过转换后形成一个专有数字校准电路；机体惯性导航信息由安装在机体上的集体惯性导航装置20发出，具体包括X、Y、Z三个轴上的电速率信号，加速度信号、角速度信号、磁强信号；用来测量机体在惯性空间的位置姿态；图像信息具体包括视频或图像，由安装在头盔上的视觉传感器30发出，操作者的头部移动时，佩戴于操作者头部的头盔随其移动而移动，通过视觉传感器对机舱内周围可拍摄空间内固定位置的结构特征或具体部件(例如仪表盘)或者是在操作者位置正上方位置设定的标记100(二维码，具体参见图4)进行拍摄，通过在图像信息中检测这些标定的特征以及相机的成像原理估测相机的位置和姿态，具体估测方法参见下面的步骤2。优选地，所述图像信息中标定的特征包括Mar本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种头盔姿态测量方法，其特征在于，包括：步骤1，接收头盔惯性导航信息、机体惯性导航信息及图像信息；步骤2，通过所述机体导航信息对所述头盔惯性导航信息进行标定和相对运动补偿处理获得头盔运动信息；对所述图像信息中标定的特征进行识别和提取获得视觉位姿信息；步骤3，对所述视觉位姿信息和所述头盔运动信息进行数据融合获得头盔姿态信息。

【技术特征摘要】
1.一种头盔姿态测量方法，其特征在于，包括：步骤1，接收头盔惯性导航信息、机体惯性导航信息及图像信息；步骤2，通过所述机体导航信息对所述头盔惯性导航信息进行标定和相对运动补偿处理获得头盔运动信息；对所述图像信息中标定的特征进行识别和提取获得视觉位姿信息；步骤3，对所述视觉位姿信息和所述头盔运动信息进行数据融合获得头盔姿态信息。2.如权利要求1所述的头盔姿态测量方法，其特征在于，所述步骤1中：所述图像信息中标定的特征包括Marker标记、仪表盘特征及机舱内部结构特征中的至少一种。3.如权利要求2所述的头盔姿态测量方法，其特征在于，所述步骤2中获得头盔运动信息的步骤包括：通过姿态更新算法对所述机体导航信息对所述头盔惯性导航信息进行标定和相对运动补偿处理获得所述头盔运动信息；所述步骤2中获得视觉位姿信息的步骤包括：步骤21，对所述图像信息进行预处理；步骤22，检测图像信息中的标定的特征；步骤23，从图像信息中的标定的特征获取角点的图像坐标；步骤24，根据标定的特征ID从标定的特征坐标文件中读取角点的空间坐标；步骤205，根据所述角点的图像坐标以及空间坐标获取相机的位置和姿态，即视觉位姿信息。4.如权利要求3所述的头盔姿态测量方法，其特征在于，所述步骤3包括：通过姿态补偿算法对所述头盔运动信息和视觉位姿信息进行数据融合获得所述头盔姿态信息的误差，通过所述头盔姿态信息的误差对所述头盔姿态信息进行反馈修正，获得最终的头盔姿态信息。5.如权利要求4所述的头盔姿态测量方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：步骤31，所述头盔姿态信息的误差包括发出所述头盔惯性导航信息的头盔惯性导航装置与发出所述机体惯性导航信息的机体惯性导航装置之间的对准误差、所述机体惯性导航装置自身的累积误差、发出所述图像信息的视觉传感器与所述机体惯性导航装置之间的匹配误差；步骤32，采用卡尔曼滤波方法对所述对准误差和累积误差进行补偿和抑制；以所述机体惯性导航装置的误差模型为系统方程，以所述图像中的标定的特征或以所述视觉位姿信息为观测量进行滤波处理，获得对机体惯性导航装置的误差估计，通过所述误差估计对所述对准误差和累积误差进行反馈和修正；采用自适应算法对所述匹配误差进行抑制；在所述图像中标定的特征的可靠性进行监测，在监测值小于或等于预设值时进入惯性保持模式，在监测值大于预设值时，自动切换回组合模式。6.一种头盔姿态测量装置，其特征在于，包括：信息接收模块，用于接收头盔惯性导航信息、机体惯性导航信息及图像信息；信息处理模块，用于通过所述机体导航信息对所述头盔惯性导航信息进行标定和相对运动补偿处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖定邦，王朝光，吴学忠，陆阔，高凯，管锐，赵启超，岳林峰，唐源江，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43