当前位置:主页 > 科技论文 > 软件论文 >

基于惯性测量单元与视觉融合的三维空间定位技术研究

发布时间:2019-02-13 20:04
【摘要】:虚拟现实技术(简称:VR)是当前技术研究的热点之一。检测人体行为操作的惯性测量单元(简称IMU)是虚拟现实技术的核心感应元器件,把IMU惯性测量与机器视觉测量进行融合,从而实现抑制惯性测量的累计误差是本文的主要研究内容。在现实应用中,IMU惯性测量会引起的累计误差最终导致IMU惯性测量失真,这个问题一直困扰着很多国内外的VR设备厂家。在这种背景下,有关IMU惯性测量校正的相关概念应运而生,它的目标是借用外部信息作为参照来更新IMU惯性测量的状态,降低和消除IMU惯性测量的累积误差。目前IMU惯性测量校正算法已被广泛地应用于航天、导航仪器、虚拟现实等领域。本文首先讨论有关IMU惯性测量和视觉测量的相关理论技术基础,以及国内外在该领域的相关研究成果。接着分别对IMU惯性测量和视觉测量两种测量方法进行推导和实现。最后将两种测量的结果进行融合,得到校正后的IMU惯性测量结果。本文主要工作分为以下3点:(1)基于陀螺仪和加速度计、磁强计的IMU惯性组合算法:通过组合陀螺仪和加速度计、磁强计三种惯性元器件,得到混合磁强计的IMU惯性测量单元。这种IMU惯性测量单元的惯性坐标系与地球坐标系重合,可以监测元器件在移动时所产生的的偏移角度,最后利用罗德里格斯变换(Rodrigues)解出与视觉测量相匹配的数据。(2)基于视觉测距的方法获取现实中被测物体的方向向量:首先对双目相机进行视觉标定,得到相机的焦距和旋转矩阵等相关参数,接着用特征点检测方法检测目标特征点,最后利用双目测距定理解算目标深度信息,并求解出被测标志物的三维空间坐标。(3)基于卡尔曼算法将IMU测量向量和视觉测量向量的融合:将高频率的IMU测量作为滤波系统的状态向量,低频率的视觉测量作为更新向量,最终系统输出的偏移向量不仅频率高,并且具有自适应校准累积误差的功能。
[Abstract]:Virtual reality (: VR) technology is one of the hotspots of current technology research. The Inertial Measurement Unit (IMU), which detects human behavior, is the core inductive component of virtual reality technology, which combines IMU inertial measurement with machine vision measurement. It is the main research content of this paper to reduce the cumulative error of inertial measurement. In the practical application, the cumulative error caused by IMU inertial measurement will eventually lead to the distortion of IMU inertial measurement. This problem has been puzzling many domestic and foreign VR equipment manufacturers. In this context, the related concepts of IMU inertial measurement correction emerge as the times require. Its goal is to update the state of IMU inertial measurement by using external information as reference, and to reduce and eliminate the cumulative error of IMU inertial measurement. At present, IMU inertial measurement correction algorithm has been widely used in aerospace, navigation instruments, virtual reality and other fields. This paper first discusses the theoretical and technical basis of IMU inertial measurement and visual measurement, as well as the domestic and foreign research results in this field. Then the IMU inertial measurement and visual measurement are deduced and implemented. Finally, the results of the two measurements are fused to get the corrected IMU inertial measurement results. The main work of this paper is as follows: (1) the IMU inertial combination algorithm based on gyroscopes and accelerometers, magnetometers: through the combination of gyroscopes and accelerometers, magnetometer three kinds of inertial components, The IMU inertial measurement unit of the mixed magnetometer is obtained. The inertial coordinate system of the IMU inertial measurement unit coincides with the Earth coordinate system, which can monitor the deviation angle of the components when they move. Finally, the Rodrigues transform (Rodrigues) is used to solve the data matching with the visual measurement. (2) based on the visual ranging method, the direction vector of the measured object in reality is obtained: firstly, the binocular camera is visually calibrated. The relative parameters such as focal length and rotation matrix of the camera are obtained, then the target feature points are detected by the feature point detection method, and the target depth information is calculated by binocular ranging. The three-dimensional coordinates of the markers are solved. (3) based on the Kalman algorithm, the IMU measurement vector and the visual measurement vector are fused. The high-frequency IMU measurement is used as the state vector of the filtering system. The low-frequency vision measurement is used as the update vector, and the offset vector output by the system is not only high frequency, but also has the function of self-adaptive calibration cumulative error.
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP391.9;TP391.41

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘秉;闫建国;;一种小型惯性测量单元的精确标定技术[J];计算机测量与控制;2009年11期

2 吴赛成;秦石乔;王省书;胡春生;;激光陀螺惯性测量单元系统级标定方法[J];中国惯性技术学报;2011年02期

3 陈楸;王晓丽;马松辉;;飞行仿真环境中惯性测量单元建模[J];测控技术;2011年03期

4 田双太;宋全军;葛运建;;基于惯性测量单元的数字铁饼设计及数据处理算法研究[J];传感技术学报;2010年10期

5 刘新厂;柴晓冬;郑树彬;朱文发;蒋U_榛;;惯性测量单元中加速度信号的去噪处理[J];仪表技术与传感器;2013年10期

6 李彬;张强;;航天器用机电式惯性测量单元的标定及影响因素分析[J];计算机测量与控制;2011年08期

7 刘秉;闫建国;邱岳恒;;基于神经网络的惯性测量单元误差标定[J];计算机仿真;2009年11期

8 朱文发;柴晓冬;郑树彬;李立明;罗永建;;基于LabVIEW的惯性测量单元信号采集及处理系统设计[J];计算机测量与控制;2012年06期

9 孔庆鹏;高爽;林铁;焦禹舜;王妍;王小龙;;MEMS随钻惯性测量单元设计与实现[J];传感器与微系统;2014年03期

10 张伦东;练军想;吴美平;胡小平;;单轴旋转惯导系统载体航向隔离方法研究[J];仪器仪表学报;2012年06期

相关会议论文 前8条

1 屈新芬;商顺昌;;捷联惯性测量单元的配置方式[A];中国工程物理研究院科技年报(2003)[C];2003年

2 杜娜;方漪;;多目视觉测量中有效测量域的计算模型[A];几何设计与计算的新进展[C];2005年

3 杨健新;魏榛;;瓢虫翼面展开过程的立体视觉测量[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

4 余加勇;邹峥嵘;朱建军;;计算机视觉测量准二维控制场建设[A];中国测绘学会九届三次理事会暨2007年“信息化测绘论坛”学术年会论文集[C];2007年

5 单磊;樊继宏;;立体视觉测量乳房体积软件系统的研发[A];美丽人生 和谐世界——中华医学会第七次全国医学美学与美容学术年会、中华医学会医学美学与美容学分会20周年庆典暨第三届两岸四地美容医学学术论坛论文汇编[C];2010年

6 王京献;;打造一代战术导弹通用的激光陀螺惯性测量单元[A];2003年惯性技术科技工作者研讨会论文集[C];2003年

7 杨永跃;邓善熙;何革群;;复杂曲面形貌无影视觉测量研究[A];面向制造业的自动化与信息化技术创新设计的基础技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年

8 陈小宇;毛庆洲;张亮;张晓晔;;基于FPGA的IMU信号采集与处理[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年

相关博士学位论文 前10条

1 刘超军;无陀螺惯性测量单元关键技术的研究[D];华中科技大学;2016年

2 于潇宇;高速视觉测量系统关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

3 郭杰;基于视觉的振动特征提取算法研究及应用[D];中国科学技术大学;2015年

4 闵永智;铁路路基表面沉降相机链视觉测量方法研究[D];兰州交通大学;2014年

5 赵首博;成像前光学调制方法与视觉测量应用技术研究[D];天津大学;2014年

6 雷秀军;高速视觉动态测量系统关键技术与应用研究[D];中国科学技术大学;2016年

7 郝飞;机器视觉测量关键技术研究及其在细长轴中应用[D];东南大学;2015年

8 胡立华;大型物体的单目视觉测量理论与方法[D];太原科技大学;2015年

9 周虎;高精度视觉测量系统关键技术研究与应用[D];东华大学;2011年

10 张大山;基于高速视觉的结构运动测量算法研究与应用[D];中国科学技术大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 高yN轩;基于扩展卡尔曼滤波的10-DOF惯性测量单元[D];杭州电子科技大学;2015年

2 张磊;轨道沉降的连续运动测量模型研究[D];上海工程技术大学;2016年

3 朱加义;微惯性测量单元标定与温度补偿技术研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

4 王利双;ESC惯性测量单元的研究与开发[D];燕山大学;2014年

5 刘晓艳;基于惯性测量单元及GPS的运动记录技术研究[D];吉林大学;2011年

6 张欣;基于嵌入式系统和MEMS的惯性测量单元的研究[D];天津理工大学;2014年

7 李楠;基于MEMS和DSP技术的低成本小型惯性测量单元的研制[D];哈尔滨工业大学;2007年

8 代海洋;人手生理性震颤测试关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

9 邹海龙;基于视觉测量的挖掘机工作装置姿态测量系统[D];西南交通大学;2015年

10 胡亚利;车辆行驶中障碍高度视觉测量的研究[D];广西科技大学;2015年



本文编号:2421814

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/ruanjiangongchenglunwen/2421814.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户2ee73***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com