用于确定基于视觉的导航系统的保护半径的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于确定基于视觉的导航系统的保护半径的方法，该基于视觉的导航系统包括：‑至少一个图像传感器，其能够在第一时刻产生至少一个第一图像，以及在第二时刻产生一个第二图像；以及‑处理单元，其耦合到各图像传感器以及能够实现处理方法，该处理方法能够基于第一图像、第二图像以及在至少第一图像和第二图像上确定的多个图像数据，来确定在第一时刻与第二时刻之间的运动的至少一个值；所述方法包括以下步骤：‑第一步骤，其确定通过所述处理方法获得的针对包括所确定的多个图像数据的集合的至少一个运动值的不确定度的至少一个标称值；‑第二步骤，其确定通过所述处理方法来确定的针对通过去除所确定的图像数据的第i部分来定义的第i子集的至少一个运动值的不确定度的第i子值；‑第三步骤，其基于第i不确定度子值和至少一个标称不确定度值，来确定用于第i子集的第i保护半径；第二步骤和第三步骤是针对各第i子集来重复的，i在1与定义的值M之间变化；‑第四步骤，其基于所确定的M个第i保护半径来确定保护半径。

【技术实现步骤摘要】
用于确定基于视觉的导航系统的保护半径的方法
概括地说，本专利技术在于基于视觉的导航系统的领域，其旨在用于确定诸如交通工具(汽车、飞机等)、无人机、机器人、便携式设备等等的运动中的主体的位移和/或定位。更确切地说，本专利技术涉及确定基于视觉的导航系统的通过保护半径定义的完整性的问题。
技术介绍
在已知的导航系统之中，是基于卫星的全球导航系统(被简称为针对“全球导航卫星系统”的“GNSS”)，诸如例如被简称为“GPS”(“全球定位系统”)的全球定位系统，其可以用于提供导航信息，例如交通工具、机器人、便携式设备(更普遍地任何在运动中的主体或希望知道其位置的任何主体)的位置和速度。还存在基于惯性的导航系统(被简称为针对“惯性导航系统”的“INS”)，其是嵌入在载体上的导航系统，可能基于惯性传感器(通常是至少一个加速度传感器(加速计)和至少一个旋转传感器(陀螺仪))来收集关于载体的位置、高度、姿态和速度的信息。基于惯性的导航系统的缺点在于当估计旋转和加速度时传感器的误差(偏差、漂移、噪声、比例因子、非线性、排列缺陷等等)，这些误差随着时间的推移在位置估计中引起漂移。可以单独地使用导航系统，或者可以将导航系统组合在一起。在这种情况下，可能谈及混合系统。例如，除了卫星导航系统之外，还可能使用基于惯性的系统，尤其是减轻一个或多个卫星的损失，或者相反地减轻惯性导航系统的漂移。尽管如此，由INS/GNSS混合系统进行的导航仍然表现出易受其性能降低或使其使用完全无效的现象影响的缺点，诸如对卫星的掩蔽或者对由卫星发射的信号的干扰等等。实际上，越来越普遍地使用基于视觉的导航系统。存在所谓的“机载”基于视觉的导航系统，该导航系统通常包括至少一个相机，该相机布置在想要了解其运动和/或位置的主体，例如车辆、无人机、机器人、便携式设备。该主体可以称为“载体”。各相机都用于捕获图像，然后由计算机处理这些图像，以便提供关于速度、载体的轨迹和/或其位置的信息。计算机识别在至少一幅图像上的特征点(或兴趣点)，以及对在图像之间的相应的特征点进行匹配。因此，对在图像之间的相应特征点的匹配用于确定在图像之间的相对平移和/或旋转。还存在所谓的“固定的”基于视觉的导航系统，对于该导航系统，在希望知道其运动的主体上未设置相机。在这种情况下，各相机都必须观察运动中的主体，以及计算机识别在图像之间在运动中的主体的特征点。因此，无论是对于机载系统还是固定系统，都可能使用一个或多个相机，或者使用任何其它能够产生图像的传感器，例如诸如合成孔径雷达(SAR)的雷达(在这种情况下，可能说雷达图像)或IR传感器(在这种情况下，可以说是红外图像)。在本说明书中，这种基于视觉的导航技术可以称为“视觉测程法”。因此，在能够产生图像的简单传感器的基础上，可能提取信息，从而使得可能获得尤其在至少两个图像之间的平移和旋转，以及推断出在运动中的主体的位移和/或位置。基于视觉的导航系统的优点是它的隐身性，以及它不会被掩蔽或干扰的事实。基于视觉的导航可以是单独地使用的，或者可以是与另一导航系统结合来使用的，例如与卫星导航系统和/或与基于惯性的导航系统结合使用(例如，可以在载体上布置一个或多个相机和一个或多个惯性传感器)。在任何导航系统中，主要问题是要了解所述系统的完整性。在本专利技术的领域中，完整性表示可以置入通过导航系统所提供的信息的准确性中的置信度。另外地，完整性还可以表示在合理的时间跨度内，向用户警告所述系统发生故障的能力。在GNSS系统或GNSS/INS混合的情况下，可以发生诸如所述系统的故障、对卫星的干扰或掩蔽的事件。这种事件通常是通过在由系统提供的位置信息中出现错误(还称为“定位失败”)来体现的。在诸如航空的在其中位置信息的可靠性至关重要的应用中，必须对导航系统的这种定位故障进行绝对管理。通常通过定义警报范围来进行对系统的完整性的测量。当在主体的实际位置与通过导航系统提供的位置之间的差异超过所定义的警报范围时，就会发生定位故障。警报范围指定系统在遵循完整性约束时可能出现的最大位置误差。这些约束是针对水平和垂直位置误差来定义的：分别称为“HAL”(对应于英文为“HorizontalAlertLimit(水平警报限定)”)或“HPL”(对应于英文为“HorizontalProtectionLevel(水平保护水平)”)、以及“VAL”(英文为“VerticalAlertLimit(垂直警报限定)”)和“VPL”(英文为“VerticalProtectionLevel(垂直保护水平)”)。关于水平位置误差，还可能谈及“保护半径”。对系统的完整性的测量可以是利用警报时间来补充的。警报时间或“TTA”(英文为“Time-To-Alert(警报时间)”)是在系统不再满足操作类型的操作要求的时刻与系统指示导航警报的时刻之间允许的最大时间间隔。如果已经针对GPS导航或混合的惯性/GPS导航的情况下解决了对保护半径的计算，但仍然没有令人满意的方法来确定基于视觉的导航系统的保护半径，特别是考虑到测量和计算的性质，在基于卫星的导航和基于视觉的导航之间存在很大差异。实际上，卫星导航系统是基于由在空间中的轨道上的卫星发射的无线电波来确定拥有GNSS接收机的用户的位置。卫星的位置是已知的。接收机的位置是基于在接收机的视角，对将用户与卫星分开的距离的测量，通过三边测量法来计算的。另一方面，在基于视觉的导航中，不存在代表在运动中的主体发出的波或者发出的任何其它基准。此外，在机载系统中，相机的位置是未知的(因为特别要寻找相机载体的位置)。由于基于视觉的导航的原理与基于卫星的导航的原理完全不同，因此将用于确定用于卫星系统的保护半径的方法应用于基于视觉的导航系统并不是显而易见的，实际上是不可能的。本专利技术目的在于具有用于确定完整性的方法，以及特别是确定用于基于视觉的导航系统的保护半径的方法。以有利的方式，本专利技术目的在于具有一种方法，其使得可能以精确的方式来确定保护半径。以有利的方式，本专利技术目的在于具有一种方法，该方法易于实现、快速并且适用于基于视觉的导航系统的任何处理方法和任何基于视觉的导航系统。
技术实现思路
使得可能实现该目标的本专利技术的第一主题是一种用于确定基于视觉的导航系统的保护半径的方法，所述系统包括：-至少一个图像传感器，其能够在第一时刻产生至少一个第一图像，以及在第二时刻产生一个第二图像；以及-处理单元，其耦合到各图像传感器以及能够实现处理方法，该处理方法能够基于第一图像、第二图像以及在至少第一图像和第二图像上确定的多个图像数据，来确定在第一时刻与第二时刻之间的运动的至少一个值；用于确定保护半径的所述方法包括以下步骤：-第一步骤，其确定通过所述处理方法获得的针对包括所确定的多个图像数据的集合的所述至少一个运动值的不确定度的至少一个标称值；-第二步骤，其确定通过所述处理方法确定的针对通过去除所确定的图像数据的第i部分来定义的第i子集的至少一个运动值的不确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定基于视觉的导航系统的保护半径(D)的方法(600)，所述系统包括：/n-至少一个图像传感器(11)，其能够在第一时刻(t1)产生至少一个第一图像(I1)，以及在第二时刻(t2)产生第二图像(t2)；以及/n-处理单元(21)，其耦合到各图像传感器(11)以及能够实现处理方法(50、51、52)，所述处理方法能够基于所述第一图像(I1)、所述第二图像(I2)以及在所述至少第一图像和所述第二图像上确定的多个图像数据，来确定在所述第一时刻(t1)与所述第二时刻(t2)之间的运动的至少一个值；/n用于确定保护半径的所述方法包括以下步骤：/n-第一步骤(610)，其确定通过所述处理方法获得的针对包括所确定的所述多个图像数据的集合(S)的所述至少一个运动值的不确定度的至少一个标称值；/n-第二步骤(620)，其确定通过所述处理方法确定的针对通过去除所确定的图像数据的第i部分来定义的第i子集(Si)的所述至少一个运动值的不确定度的第i子值；/n-第三步骤(630)，其基于所述第i不确定度子值和所述至少一个标称不确定度值，来确定用于所述第i子集(Si)的第i保护半径(Di)；/n所述第二步骤和所述第三步骤是针对各第i子集(Si)重复的，i在1与定义的值M之间变化；/n-第四步骤(640)，其基于所确定的M个第i保护半径(Di)来确定保护半径(D)。/n...

【技术特征摘要】
20190111 FR 19002331.一种用于确定基于视觉的导航系统的保护半径(D)的方法(600)，所述系统包括：
-至少一个图像传感器(11)，其能够在第一时刻(t1)产生至少一个第一图像(I1)，以及在第二时刻(t2)产生第二图像(t2)；以及
-处理单元(21)，其耦合到各图像传感器(11)以及能够实现处理方法(50、51、52)，所述处理方法能够基于所述第一图像(I1)、所述第二图像(I2)以及在所述至少第一图像和所述第二图像上确定的多个图像数据，来确定在所述第一时刻(t1)与所述第二时刻(t2)之间的运动的至少一个值；
用于确定保护半径的所述方法包括以下步骤：
-第一步骤(610)，其确定通过所述处理方法获得的针对包括所确定的所述多个图像数据的集合(S)的所述至少一个运动值的不确定度的至少一个标称值；
-第二步骤(620)，其确定通过所述处理方法确定的针对通过去除所确定的图像数据的第i部分来定义的第i子集(Si)的所述至少一个运动值的不确定度的第i子值；
-第三步骤(630)，其基于所述第i不确定度子值和所述至少一个标称不确定度值，来确定用于所述第i子集(Si)的第i保护半径(Di)；
所述第二步骤和所述第三步骤是针对各第i子集(Si)重复的，i在1与定义的值M之间变化；
-第四步骤(640)，其基于所确定的M个第i保护半径(Di)来确定保护半径(D)。


2.根据权利要求1所述的方法(600)，所述保护半径(D)是在所确定的M个第i保护半径(Di)中最大的。


3.根据权利要求1或2所述的方法(600)，确定的所述第三步骤(630)包括：
-第一子步骤(631)，其确定在所述第i不确定度子值与所述至少一个标称不确定度值之间的第i差；以及
-第二子步骤(632)，其确定所述差的第i标准偏差为所述第i差的标准偏差中的最大值；
所述第i保护半径(Di)是基于所述差的所述第i标准偏差来确定的。


4.根据权利要求3所述的方法(600)，确定的所述第三步骤(630)还包括：
-第三子步骤(633)，其确定所述差的经校正的第i标准偏差为所述差的所述第i标准偏差乘以第一加权常数(a)；
所述第i保护半径(Di)是基于所述差的所述经校正的第i标准偏差来确定的。


5.根据权利要求4所述的方法(600)，所述第一加权常数(a)的值是基于所述基于视觉的导航系统的虚警概率来获得的，例如，通过使用所述分布的逆概率密度函数。


6.根据权利要求3至5中的一项所述的方法(600)，确定的所述第三步骤(630)还包括：
-第四子步骤(634)，其确定所述第i子集(Si)的第i标准偏差为所述第i不确定度子值的标准偏差中的最大值；
所述第i保护半径(Di)是基于在所述差的所述第i标准偏差或者所述差的所述经校正的第i标准偏差与所述第i标准偏差之间的和来确定的。


7.根据权利要求6所述的方法(600)，确定的所述第三步骤(630)还包括：
-第五子步骤(635)，其确定第i校正的标准偏差为所述第i标准偏差乘以第二加权常数(b)；
所述第i保护半径(Di)是基于在所述差的所述第i标准偏差或者所述差的所述经校正的第i标准偏差与所述第i经校正的标准偏差之间的和来确定的。


8.根据权利要求7所述的方法(600)，所述第二加权常数(b)的值是基于所述基于视觉的导航系统的未检测到概率来获得的，例如，通过使用所述分布的逆概率密度函数。
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【专利技术属性】
技术研发人员：W·隆巴尔迪，
申请(专利权)人：塔莱斯公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR