CN103968837A - 惯性导航系统中陀螺仪刻度因子的校正方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及惯性导航系统中陀螺仪刻度因子的校正方法及装置，获取车道线变化角度，并通过陀螺仪测量车身旋转角度，比较相同时间段内车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度，根据比较结果校正陀螺仪刻度因子，实现通过车道线的变化角度校正陀螺仪刻度因子，与现有技术中通过全球卫星导航系统的定位轨迹对陀螺仪的刻度因子进行校正的方法相比，本发明提供的校正方法及装置受外界环境影响小，且能及时对陀螺仪的刻度因子进行校正，确保该惯性导航系统的定位精度，从而确保该惯性导航系统的导航准确度。
Description
技术领域
本发明涉及车载导航技术领域，具体涉及惯性导航系统中陀螺仪刻度因子的校正方法及装置。
背景技术
随着经济的发展，汽车作为一种交通工具得到了广泛的应用，给人们的工作和生活带来极大的方便。人们在驾车出行时，经常会遇到去陌生的地方，但又不熟悉路线的情况，因此，目前市面上的汽车大多都配置有车载导航设备。针对较早期生产的汽车，市场上也有独立的车载导航产品，用户可购买独立的车载导航产品，与汽车配套使用。车载导航设备的使用方便人们出行时提供路线导航，避免用户驾车出行时迷路或因不熟悉路线情况多走弯路，同时节省用户时间和汽车耗油量。
目前，市面上的车载导航系统普遍使用全球卫星定位系统(GPS，GlobalPositioning System)、俄罗斯ＧＬＯＮＡＳＳ卫星导航系统(Glonass)、欧洲伽利略定位系统(Galileo)、中国北斗卫星导航系统(COMPASS)等。上述定位系统在普通情况下能提供较为精确的定位，但在高楼林立、隧道内、道路遮挡严重等环境下，可能会出现定位偏差严重的问题，从而影响车载导航设备导航的准确度。
市面上另外一种使用较为广泛的导航系统为惯性导航系统(INS，InertialNavigation System)。目前，惯性导航系统的两种常用技术方案为：
1、采用三轴陀螺仪、三轴加速度计及里程计计算航程。
2、采用单轴陀螺仪及里程计计算航程。
惯性导航的定位精确度主要与所用角度传感器的精确度有关，而用于测量角度的陀螺仪因其固有误差的累积，导致其定位精度随时间推移而逐渐降低。因此为了确保惯性导航系统定位的精确度，从而确保导航的准确度，则需要对陀螺仪的刻度因子实时校正。
现有技术中，主要通过全球卫星导航系统的定位轨迹对陀螺仪的刻度因子进行校正，此方法在遇到长时间内全球卫星定位系统定位偏差严重或未能满足其他校正条件时，导航系统不能及时为陀螺仪的刻度因子进行校正，从而影响导航系统的定位精确度，存在误导航的风险。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足和缺陷，提供一种惯性导航系统中通过车道线的变化角度校正陀螺仪刻度因子的方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：惯性导航系统中陀螺仪刻度因子的校正方法，包括以下步骤：
获取车道线变化角度；
通过陀螺仪测量车身旋转角度；
比较相同时间段内车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度；
根据比较结果校正陀螺仪刻度因子。
作为优选，所述获取车道线变化角度的步骤具体如下：
通过摄像头采集车身前方或后方的视频图像；
通过车道线识别单元对所采集的视频图像进行车道线提取；
根据所提取的车道线计算车道线变化角度。
作为优选，所述通过车道线识别单元对所采集的视频图像进行车道线提取的步骤具体为：
将获取的视频图像进行预处理；
对车道线的边缘进行检测。
作为优选，所述根据所提取的车道线计算车道线变化角度的步骤具体为：
将经边缘检测得到的图像进行Hough变换得到多条直线；
根据上述多条直线所处图像的位置与斜率来确定车道线；
根据视频图像坐标系与世界坐标系的映射关系计算所述车道线与车身所形成的夹角；
计算前后两次检测车道线与车身形成的夹角之差，得到前后两次检测车道线的变化角度。
作为优选，所述比较相同时间段内车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度的步骤具体为：
根据陀螺仪的规格设置刻度因子的变化阈值；
判断相同时间段内车道线变化角度与陀螺仪测量的车身旋转角度之差的绝对值是否超过预设的变化阈值；
所述根据比较结果校正陀螺仪刻度因子的步骤具体为：
当相同时间段内车道线变化角度与陀螺仪测量的车身旋转角度之差的绝对值超过变化阈值时，则根据车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度校正陀螺仪刻度因子，否则不校正陀螺仪刻度因子。
作为优选，所述校正后陀螺仪的刻度因子S2＝S1*B/A，其中，S1为陀螺仪的原刻度因子，A为车道线变化角度，B为陀螺仪测量的车身旋转角度。
本发明的另一目的在于提供一种实现上述陀螺仪刻度因子校正方法的装置，包括：
陀螺仪，用于计算车身旋转角度；
摄像头，用于采集车身前方或后方的视频图像；
车道线识别单元，用于对所采集的视频图像进行车道线提取；
车道线角度计算单元，用于计算所提取的车道线的变化角度；
中央处理单元，用于比较相同时间段内车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度，并根据比较结果输出相应的校正指令到陀螺仪刻度因子校正单元；
陀螺仪刻度因子校正单元，用于根据中央处理单元的校正指令校正陀螺仪校正因子。
作为优选，所述中央处理单元，用于判断相同时间段内车道线变化角度与陀螺仪测量的车身旋转角度之差的绝对值是否超过预设的变化阈值，若是，则根据相同时间段内车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度输出校正指令至陀螺仪刻度因子校正单元，否则，不输出校正指令至陀螺仪刻度因子校正单元。
本发明相比现有技术包括以下优点及有益效果：
(1)通过获取车道线变化角度，并通过陀螺仪测量车身旋转角度，比较相同时间段内车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度，并根据比较结果校正陀螺仪刻度因子，实现通过车道线的变化角度校正陀螺仪刻度因子，与现有技术中通过全球卫星导航系统的定位轨迹对陀螺仪的刻度因子进行校正的方法相比，本发明提供的校正方法及装置受外界环境影响小，且能及时对陀螺仪的刻度因子进行校正，确保该惯性导航系统的定位精度，从而确保该惯性导航系统的导航准确度。
(2)所述摄像头及车道线识别单元为车身泊车系统中现有的装置，故本发明实现成本低，实现过程方便、简单。
附图说明
图1为实施例中陀螺仪校正方法的流程图；
图2为实施例中对获取的视频图像进行预处理的流程图；
图3为实施例中计算车道线的变化角度的流程图；
图4为实施例中陀螺仪校正装置的原理框图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种惯性导航系统中陀螺仪刻度因子的校正方法，包括以下步骤：
S1.通过摄像头采集车身前方的视频图像，并通过陀螺仪计算车身旋转角度。所述通过摄像头采集车身前方的视频图像的步骤也可通过摄像头采集车身后方的视频图像。在所述通过摄像头采集车身前方的视频图像的步骤之前还包括预先对摄像头进行参数标定，并建立视频图像坐标系与世界坐标系的映射关系的步骤，具体为：设定摄像头的安装高度、俯仰角、横滚角、旋转角及摄像头的内部其他参数，根据摄像头的标定参数建立视频图像坐标系与世界坐标系的映射关系。所述陀螺仪为单轴陀螺仪。
S2.通过车道线识别单元对所采集的视频图像进行车道线提取。所述车道线的提取过程包括以下步骤：
S201.将获取的视频图像进行预处理。如图2所示，具体过程如下：
A.确定车道线检测区域。车道线检测区域主要是获取视频图像的下半部分，即汽车引擎盖上部和道路消失水平面之间的道路图像。
B.获取所述车道线检测区域的彩色图像。
C.对所获取的彩色图像进行灰度化处理。
D.采用中值滤波法对灰度化处理后的图像进行去噪。
S202.对车道线的边缘进行检测。具体过程如下：
a.用边缘检测算子(Canny算子)对去噪后的图像进行边缘检测。其中，Canny算子的阈值可根据实际应用进行相应的调整。
b.去掉无用边缘。具体为去除经过上述步骤a处理后的图像中存在的无用的干扰边缘。
S3.计算所提取的车道线的变化角度。具体如图3所示：
S301、将边缘检测得到的图像进行Hough变换得到多条直线；
S302、根据上述多条直线所处图像的位置与斜率来确定车道线；
S303、根据视频图像坐标系与世界坐标系的映射关系计算步骤S302得到的车道线与车身所形成的夹角；
S304、计算前后两次检测车道线与车身形成的夹角之差，得到前后两次检测车道线的变化角度。
S4.比较相同时间段内车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度。具体为：根据陀螺仪的规格设置刻度因子的变化阈值；判断相同时间段内车道线变化角度与陀螺仪测量的车身旋转角度之差的绝对值是否超过预设的变化阈值。
S5.根据比较结果校正陀螺仪刻度因子。具体为：当相同时间段内车道线变化角度与陀螺仪测量的车身旋转角度之差的绝对值超过变化阈值时，则根据车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度校正陀螺仪刻度因子，否则不校正陀螺仪刻度因子。校正后陀螺仪的刻度因子S2＝S1*B/A，其中，S1为校正前陀螺仪的刻度因子，A为车道线变化角度，B为陀螺仪测量的车身旋转角度。
如图4所示，一种实现上述惯性导航系统中陀螺仪刻度因子的校正方法的装置，包括：摄像头、车道线识别单元、车道线角度计算单元、陀螺仪及中央处理单元，所述摄像头、车道线识别单元、车道线角度计算单元依次连接，所述中央处理单元分别与车道线角度计算单元、陀螺仪及陀螺仪刻度因子校正单元连接。
所述摄像头用于采集车身前方或后方的视频图像。
所述车道线识别单元用于对所采集的视频图像进行车道线提取。
所述车道线角度计算单元用于计算所提取的车道线的变化角度。
所述陀螺仪用于计算车身旋转角度。所述陀螺仪为单轴陀螺仪。
所述中央处理单元用于比较相同时间段内车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度，并根据比较结果输出相应的校正指令到陀螺仪刻度因子校正单元。具体为：判断相同时间段内车道线变化角度与陀螺仪测量的车身旋转角度之差是否超过预设的变化阈值，若是，则根据相同时间段内车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度输出校正指令输出至陀螺仪刻度因子校正单元，否则，不输出校正指令至陀螺仪刻度因子校正单元。
所述陀螺仪刻度因子校正单元用于根据中央处理单元的校正指令校正陀螺仪校正因子。
在实际应用过程中，通过陀螺仪测量车身旋转角度，并将所测量的车身旋转角度传输至中央处理单元，同时通过摄像头采集车辆前方的视频图像，并将视频图像传输至车道线识别单元进行车道线提取，车道线识别单元将所提取的车道线传输至车道线角度计算单元，车道线角度计算单元计算所提取的车道线的变化角度，并将所计算的车道线变化角度传输至中央处理单元，所述中央处理单元判断相同时间段内车道线变化角度与陀螺仪测量的车身旋转角度之差的绝对值是否超过预设的变化阈值，若是，则根据相同时间段内车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度输出校正指令输出至陀螺仪刻度因子校正单元，否则，不输出校正指令至陀螺仪刻度因子校正单元，陀螺仪刻度因子校正单元接收到中央处理单元的校正指令时，根据所接收的校正指令校正陀螺仪刻度因子。校正后陀螺仪的刻度因子S2＝S1*B/A，其中，S1为校正前陀螺仪的刻度因子，A为车道线变化角度，B为陀螺仪测量的车身旋转角度。
本发明通过获取车道线变化角度，同时通过陀螺仪测量车身旋转角度，比较相同时间段内车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度，并根据比较结果校正陀螺仪刻度因子，实现通过车道线的变化角度校正陀螺仪刻度因子，与现有技术中通过全球卫星导航系统的定位轨迹对陀螺仪的刻度因子进行校正的方法相比，本发明提供的校正方法及装置受外界环境影响小，且能及时对陀螺仪的刻度因子进行校正，确保该惯性导航系统的定位精度，从而确保该惯性导航系统的导航准确度。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.惯性导航系统中陀螺仪刻度因子的校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取车道线变化角度；
通过陀螺仪测量车身旋转角度；
比较相同时间段内车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度；
根据比较结果校正陀螺仪刻度因子。
2.根据权利要求1所述的陀螺仪刻度因子的校正方法，其特征在于，所述获取车道线变化角度的步骤具体如下：
通过摄像头采集车身前方或后方的视频图像；
通过车道线识别单元对所采集的视频图像进行车道线提取；
根据所提取的车道线计算车道线变化角度。
3.根据权利要求2所述的陀螺仪刻度因子的校正方法，其特征在于，所述通过车道线识别单元对所采集的视频图像进行车道线提取的步骤具体为：
将获取的视频图像进行预处理；
对车道线的边缘进行检测。
4.根据权利要求3所述的陀螺仪刻度因子的校正方法，其特征在于，所述根据所提取的车道线计算车道线变化角度的步骤具体为：
将经边缘检测得到的图像进行Hough变换得到多条直线；
根据上述多条直线所处图像的位置与斜率来确定车道线；
根据视频图像坐标系与世界坐标系的映射关系计算所述车道线与车身所形成的夹角；
计算前后两次检测车道线与车身形成的夹角之差，得到前后两次检测车道线的变化角度。
5.根据权利要求1至4任一项所述的陀螺仪刻度因子的校正方法，其特征在于，所述比较相同时间段内车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度的步骤具体为：
根据陀螺仪的规格设置刻度因子的变化阈值；
判断相同时间段内车道线变化角度与陀螺仪测量的车身旋转角度之差的绝对值是否超过预设的变化阈值；
所述根据比较结果校正陀螺仪刻度因子的步骤具体为：
当相同时间段内车道线变化角度与陀螺仪测量的车身旋转角度之差的绝对值超过变化阈值时，则根据车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度校正陀螺仪刻度因子，否则不校正陀螺仪刻度因子。
6.根据权利要求5所述的陀螺仪刻度因子的校正方法，其特征在于：校正后陀螺仪的刻度因子S2＝S1*B/A，其中，S1为陀螺仪的原刻度因子，A为车道线变化角度，B为陀螺仪测量的车身旋转角度。
7.惯性导航系统中陀螺仪刻度因子的校正装置，其特征在于，包括：
摄像头，用于采集车身前方或后方的视频图像；
陀螺仪，用于测量车身旋转角度；
车道线识别单元，用于对所采集的视频图像进行车道线提取；
车道线角度计算单元，用于计算所提取的车道线的变化角度；
中央处理单元，用于比较相同时间段内车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度，并根据比较结果输出相应的校正指令到陀螺仪刻度因子校正单元；
陀螺仪刻度因子校正单元，用于根据中央处理单元的校正指令校正陀螺仪校正因子。
8.根据权利要求7所述的陀螺仪刻度因子的校正装置，其特征在于：所述中央处理单元，用于判断相同时间段内车道线变化角度与陀螺仪测量的车身旋转角度之差的绝对值是否超过预设的变化阈值，若是，则根据相同时间段内车道线变化角度及陀螺仪测量的车身旋转角度输出校正指令至陀螺仪刻度因子校正单元，否则，不输出校正指令至陀螺仪刻度因子校正单元。
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