CN110352331A - 手持云台的姿态解算的方法和云台系统 - Google Patents

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Abstract

一种手持云台的姿态解算的方法(300)和云台系统(500)。该方法包括：获取云台(510)中的惯性测量单元测量的第一姿态信息；获取由所述云台的挂载部件(520)中的视觉里程计(112)的测量数据得到的第二姿态信息，其中，所述挂载部件(520)用于挂载所述云台(510)；根据所述第二姿态信息对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台(510)的姿态。上述技术方案，能够提高云台姿态解算的精度。

Description

手持云台的姿态解算的方法和云台系统
版权申明
本专利文件披露的内容包含受版权保护的材料。该版权为版权所有人所有。版权所有人不反对任何人复制专利与商标局的官方记录和档案中所存在的该专利文件或者该专利披露。
技术领域
本发明涉及云台领域，并且更具体地，涉及一种手持云台的姿态解算的方法和云台系统。
背景技术
云台通过三个轴的旋转，即，平移(yaw)轴、横滚(roll)轴和俯仰(pitch)轴的旋转，实现对摄像机的增稳控制。
云台姿态解算是增稳控制中的关键问题。姿态解算的基本思想是利用陀螺仪对姿态估计的短期可依赖性和加速度计、地磁传感器等对姿态估计的长期可依赖性，通过数据融合方法对不同传感器的姿态信息进行融合，得到同时满足动态性能和长期稳定性的姿态估计结果。然而，目前采用加速度计得到参考姿态的姿态解算方式，姿态误差会随运动加速度变大，影响云台姿态解算的精度。
因此，如何提高云台姿态解算的精度，成为一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种手持云台的姿态解算的方法和云台系统，能够提高云台姿态解算的精度。
第一方面，提供了一种手持云台的姿态解算的方法，包括：获取云台中的惯性测量单元测量的第一姿态信息；获取由所述云台的挂载部件中的视觉里程计的测量数据得到的第二姿态信息，其中，所述挂载部件用于挂载所述云台；根据所述第二姿态信息对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
第二方面，提供了一种云台系统，包括：云台，所述云台中设置有惯性测量单元；挂载部件，所述挂载部件用于挂载所述云台，所述挂载部件中设置有视觉里程计；第一处理器，用于获取所述云台中的惯性测量单元测量的第一姿态信息，获取由所述云台的挂载部件中的视觉里程计的测量数据得到的第二姿态信息，以及，根据所述第二姿态信息对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
第三方面，提供了一种系统，包括：存储器，用于存储计算机可执行指令；处理器，用于访问所述存储器，并执行所述计算机可执行指令，以进行上述第一方面的方法中的操作。
第四方面，提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质中存储有程序代码，该程序代码可以用于指示执行上述第一方面的方法。
本发明实施例的技术方案，利用由云台的挂载部件中的视觉里程计的测量数据得到的姿态信息对云台中的惯性测量单元测量的云台的姿态信息进行修正，可以减小姿态误差，从而提高云台姿态解算的精度。
附图说明
图1a和图1b是应用本发明实施例的技术方案的云台的示意图。
图2是本发明实施例的云台系统的架构示意图。
图3是本发明实施例的手持云台的姿态解算的方法的示意性流程图。
图4是本发明实施例的云台姿态解算的处理架构图。
图5是本发明实施例的云台系统的示意性框图。
图6是本发明实施例的系统的示意性框图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。
应理解，本文中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本发明实施例，而非限制本发明实施例的范围。
还应理解，本发明实施例中的公式只是一种示例，而非限制本发明实施例的范围，各公式可以进行变形，这些变形也应属于本发明保护的范围。
还应理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
还应理解，本说明书中描述的各种实施方式，既可以单独实施，也可以组合实施，本发明实施例对此并不限定。
需要说明的是，本发明实施例中当一组件与另一组件“固定连接”或“连接”，或者，一组件“固定于”另一组件时，它可以直接在另一组件上，或者也可以存在居中的组件。
除非另有说明，本发明实施例所使用的所有技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本申请中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本申请的范围。本申请所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项的任意的和所有的组合。
本发明实施例的技术方案可以应用于各种云台，例如，手持云台，但本发明实施例对此并不限定。
图1a是应用本发明实施例的技术方案的一种云台的示意图。
如图1a所示，云台可以包括平移轴轴臂101、平移轴电机102，横滚轴轴臂103、横滚轴电机104、俯仰轴轴臂105和俯仰轴电机106。它们构成云台的转轴机构，其中，每个电机可由相应的电调控制，平移轴轴臂101和平移轴电机102构成平移轴转轴机构，用于进行平移轴的旋转；横滚轴轴臂103和横滚轴电机104构成横滚轴转轴机构，用于进行横滚轴的旋转；俯仰轴轴臂105和俯仰轴电机106构成俯仰轴转轴机构，用于进行俯仰轴的旋转。另外，云台还可以包括基座107和摄像机固定机构108。摄像机固定机构108用于固定摄像机109。应理解，基座107也可以不作为云台的一部分，而与云台一起构成云台系统。
在云台中，例如，摄像机固定机构108内设置有惯性测量单元(InertialMeasurement Unit，IMU)，用于测量云台的姿态。例如，IMU可以包括陀螺仪和加速度计。云台的处理器可以通过对陀螺仪和加速度计分别得到的姿态信息进行融合，得到姿态解算结果。然而，采用加速度计得到参考姿态进行姿态解算，姿态误差会随运动加速度变大，影响云台姿态解算的精度。
具体而言，静止状态下，加速度计能够测量重力在机体坐标系的分量，根据比力投影的几何关系可以得到滚转角和俯仰角实际上，由于加速度计敏感的是比力，当运动体存在运动加速度时用上式得到的φ和θ会产生误差。
鉴于此，在本发明实施例中，利用云台的挂载部件中的视觉里程计的测量数据进行姿态解算，将由云台的挂载部件中的视觉里程计的测量数据得到的姿态作为参考姿态对云台的姿态进行修正，从而减小姿态误差，提高云台姿态解算的精度。
云台的挂载部件用于挂载云台。例如，该挂载部件可以是图1a中的基座107，或者，该挂载部件可以是图1b所示的四轴云台系统中的第四轴结构110，但本发明实施例对此并不限定。
以图1b为例，第四轴结构110中设置有视觉里程计112。三轴云台120挂载在第四轴111的轴端。作为一个实施例，视觉里程计112可以设置于第四轴结构110的一端，如图1b中所示的位置，但本发明实施例对此并不限定。
应理解，云台(如三轴云台)与挂载部件一块可以称为云台系统，也可以称为云台。例如，图1b整体可以称为四轴云台系统或者四轴云台。
图2示出了本发明实施例的云台系统的架构示意图。
如图2所示，在云台的挂载部件中设置有IMU 221和视觉里程计(VisualOdometry，VO)222。云台中设置有IMU 211。挂载部件中的处理器223由挂载部件中的IMU221和VO 222的测量数据得到挂载部件的姿态信息。具体地，可以通过惯性-VO组合导航滤波器对挂载部件中的IMU 221和VO 222的测量数据进行数据融合得到挂载部件的姿态。云台中的处理器212将挂载部件的姿态作为云台的参考姿态，对云台中的IMU 211测量的云台的姿态信息进行修正，得到云台的姿态。由于挂载部件的姿态是由惯性-VO组合导航滤波器得到的，已经补偿了运动加速度产生的姿态误差，因此采用挂载部件的姿态作为云台的参考姿态，避免了采用加速度计进行姿态测量带来的运动加速度误差。
可选地，作为一个实施例，也可以仅由VO 222的测量数据得到姿态信息，作为云台的参考姿态，对云台中的IMU 211测量的云台的姿态信息进行修正，得到云台的姿态。
图3示出了本发明一个实施例的手持云台的姿态解算的方法300的示意性流程图。
310，获取云台中的惯性测量单元测量的第一姿态信息。
云台中的惯性测量单元，可以测得云台的姿态信息(第一姿态信息)。该姿态信息经过修正后，可以得到满足要求的姿态估计结果。
320，获取由所述云台的挂载部件中的视觉里程计的测量数据得到的第二姿态信息，其中，所述挂载部件用于挂载所述云台。
在本发明实施例中，利用由云台的挂载部件中的视觉里程计的测量数据得到的第二姿态信息(挂载部件的姿态信息)进行姿态解算。也就是说，在对云台中的惯性测量单元测得的姿态信息进行修正时，采用云台的挂载部件的姿态信息。
云台的挂载部件例如可以是第四轴结构或基座，但本发明实施例对此并不限定。
可选地，在本发明的一个实施例中，可以仅由视觉里程计的测量数据得到第二姿态信息。
可选地，在本发明的另一个实施例中，云台的挂载部件中设置有惯性测量单元和视觉里程计，所述第二姿态信息由所述挂载部件中的惯性测量单元和视觉里程计的测量数据得到。也就是说，在本实施例中，由所述挂载部件中的惯性测量单元和视觉里程计的测量数据得到第二姿态信息。
可选地，所述第二姿态信息可以是所述挂载部件的姿态，其中，所述挂载部件的姿态可以是在所述挂载部件的体坐标系下的姿态，也可以是在其他坐标系，例如，导航坐标系(NED坐标系)下的姿态，本发明实施例对此并不限定。以下为了便于描述，以所述挂载部件的体坐标系下的所述挂载部件的姿态为例进行说明，对于其他坐标系下的姿态，采用相应的坐标系变换即可，不再一一赘述。
可选地，作为本发明的一个实施例，可以通过组合导航滤波器对所述挂载部件中的惯性测量单元和视觉里程计的测量数据进行数据融合得到所述挂载部件的体坐标系下的所述挂载部件的姿态。
上述组合导航滤波器即惯性-VO组合导航滤波器，具体可以采用卡尔曼滤波器，实现对惯性测量单元的测量数据和视觉里程计的测量数据的数据融合，得到挂载部件的体坐标系下的挂载部件的姿态。
由惯性-VO组合导航滤波器得到挂载部件的姿态，能够补偿运动加速度产生的姿态误差，这样，采用挂载部件的姿态作为云台的参考姿态，可以避免采用加速度计进行姿态测量带来的运动加速度误差。另外，这种方式相对于直接采用惯性-VO组合导航滤波器解算云台的姿态的方式，即直接采用VO的测量数据对云台中的惯性测量单元的测量数据进行修正的方式，计算量低，能够提高云台姿态解算的效率。
330，根据所述第二的姿态信息对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
在本发明实施例中，根据由云台的挂载部件中的视觉里程计的测量数据得到的姿态信息对所述云台中的惯性测量单元测量的姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。这样，可以避免采用加速度计进行姿态测量带来的运动加速度误差，从而能够提高云台姿态解算的精度。
可选地，在本发明一个实施例中，可以将所述挂载部件的体坐标系下的所述挂载部件的姿态转换为所述云台的体坐标系下的所述挂载部件的姿态；将所述云台的体坐标系下的所述挂载部件的姿态作为参考姿态，对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
具体而言，挂载部件输出的姿态信息为所述挂载部件的体坐标系下的所述挂载部件的姿态。云台的IMU测得的为云台的体坐标系下云台的姿态信息。将挂载部件的体坐标系下的挂载部件的姿态转换为云台的体坐标系下的挂载部件的姿态后，再将其作为参考姿态，对云台的IMU测得的云台的姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
可选地，在本发明一个实施例中，可以通过卡尔曼滤波器，根据所述第一姿态信息和所述参考姿态进行数据融合，得到修正信息；根据所述修正信息对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
具体而言，对云台的姿态信息进行修正可以采用卡尔曼滤波器，通过卡尔曼滤波器实现对所述第一姿态信息和所述参考姿态的数据融合，得到修正信息。例如，可以根据所述第一姿态信息和所述参考姿态，确定姿态误差；再根据所述姿态误差、姿态误差状态方程和姿态观测方程进行数据融合，得到所述修正信息。然后，再根据所述修正信息对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。另外，还可以根据所述修正信息对所述云台的惯性测量单元中的陀螺仪零偏进行修正，得到修正后的陀螺仪零偏。例如，通过卡尔曼滤波器得到姿态误差估计值，以及陀螺仪零偏误差。利用姿态误差估计值可以进行姿态修正，得到修正后的姿态；利用陀螺仪零偏误差可以对陀螺仪零偏进行修正，即可得到修正后的陀螺仪零偏，并可进一步对陀螺仪测量值进行修正。
本发明实施例的技术方案，利用由云台的挂载部件中的视觉里程计的测量数据得到的姿态信息对云台中的惯性测量单元测量的云台的姿态信息进行修正，可以减小姿态误差，从而提高云台姿态解算的精度。
可选地，在本发明一个实施例中，在无法获取所述第二姿态信息时，获取所述云台的惯性测量单元中的加速度计的测量数据；根据所述加速度计的测量数据对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
具体而言，在能获取到所述第二姿态信息时，采用所述第二姿态信息对云台的姿态信息进行修正。在无法获取所述第二姿态信息时，例如，由于通信中断或者其他原因，云台未接收到挂载部件的姿态信息，在这种情况下，可以采用加速度计的测量数据对云台的姿态信息进行修正。
可选地，可以通过卡尔曼滤波器，根据所述加速度计的测量数据和所述第一姿态信息进行数据融合，得到修正信息。例如，可以根据所述加速度计的测量数据和所述第一姿态信息，确定姿态误差；再根据所述姿态误差、姿态误差状态方程和姿态观测方程进行数据融合，得到所述修正信息。然后，再根据所述修正信息对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。另外，还可以根据所述修正信息对所述云台的惯性测量单元中的陀螺仪零偏进行修正，得到修正后的陀螺仪零偏。例如，通过卡尔曼滤波器得到姿态误差估计值，以及陀螺仪零偏误差。利用姿态误差估计值可以进行姿态修正，得到修正后的姿态；利用陀螺仪零偏误差可以对陀螺仪零偏进行修正，即可得到修正后的陀螺仪零偏，并可进一步对陀螺仪测量值进行修正。
在无法获取挂载部件的姿态信息时，采用加速度计的测量数据对云台的姿态信息进行修正，可以作为采用挂载部件的姿态信息对云台的姿态信息进行修正的一种补充的方式。可以在无法获取挂载部件的姿态信息时，可以自动切换到采用加速度计的测量数据的方式。
下面结合具体的公式描述本发明实施例的技术方案。应理解，这只是为了便于本领域技术人员理解本发明实施例的技术方案，不应理解为对本发明实施例的限定。
云台的体坐标系为以云台上的点为原点的坐标系。例如，可以定义云台的体坐标系{b}-Obxbybzb如下：坐标系原点Ob为云台IMU的中心；xb轴在云台垂直对称面内并平行于相机镜头光轴指向前方；yb轴垂直于云台垂直对称面指向右方；zb轴在云台垂直对称面内，与xb轴垂直并指向下方。挂载部件的体坐标系{p}-Opxpypzp为以挂载部件上的点为原点的坐标系。另外，定义导航坐标系{n}为当地地理坐标系。
云台IMU中的陀螺仪的理想输出为云台体坐标系{b}相对惯性系{i}的转动角速率在{b}系的投影，记为陀螺仪实际输出记为
另外，云台IMU中的加速度计的理想输出为比力在{b}系的投影，记为fb，加速度计实际输出记为
采用四元数作为{n}系对{b}系的姿态表示，则无误差的理想四元数微分方程由下式确定：
上式中姿态角速率由下式确定：
上式中由最新的姿态更新值确定，和分别是地球自转角速率和位置角速率。对于场合为低速、短距离、近地面的移动拍摄，因此和可近似忽略，故有在实际系统中，由于陀螺仪测量误差和导航解算误差的存在，四元数微分方程的实际解算通过下式进行：
确定的实际机体坐标系记为{b′}。对四元数微分方程进行离散化求解并取一阶近似，可得如下所示的四元数更新算法：
按照上式进行姿态四元数更新得到姿态矩阵
考虑如下所示的陀螺仪测量误差模型：
其中nr为陀螺仪测量噪声，并假设nr为高斯白噪声；b为陀螺仪零偏，并假为形式的随机游走过程，其中nw为高斯白噪声。用表示陀螺仪零偏估计，认为是常值零偏，则其导数根据该陀螺仪测量误差模型，有：
定义陀螺仪零偏误差为：
则
定义姿态解算的状态量为根据四元数微分方程和陀螺仪测量误差模型有：
对于状态估计量，有：
用表示引起的误差四元数，根据四元数乘法有：
上式对时间求导，并根据姿态解算系统的状态方程可得：
考虑陀螺仪测量误差模型(5)，上式可写为：
记φ为{b′}系相对{b}系的姿态角偏差并认为φ是小角度，则的近似表达式为带入式(13)可得
则姿态误差状态方程为：
即：
本发明实施例采用挂载部件组合导航卡尔曼滤波器输出的{p}系姿态作为观测信息，通过关节角将转换至云台体坐标系{b}，得到到的转换公式如式(17)所示：
其中旋转矩阵与云台构型有关，不同构型的云台有不同的旋转顺序，对应不同的旋转矩阵。采用作为参考姿态，则姿态修正四元数为：
上式中为当前最新的姿态四元数估计值。小角度条件下，根据上式可得姿态修正的观测量(姿态误差)如下：
姿态观测方程为：
其中观测矩阵为：
Hφ＝[I3×3 03×12] (21)
观测噪声为：
nφ＝[nφx nφy nφz]T (22)
云台IMU输出云台体坐标系{b}的角速度测量值按照式(4)进行四元数更新得到当前最新的姿态四元数估计值
挂载部件组合导航滤波器输出的姿态根据式(17)得到{b}系的参考姿态再根据式(19)得到姿态修正的观测量(姿态误差)。根据该姿态误差，式(20)所示的姿态观测方程，式(15)所示的姿态误差状态方程，通过卡尔曼滤波器可以得到修正信息，即姿态误差估计值和陀螺仪零偏误差ε。
可选地，可以对式(15)进行离散化并取一阶近似，得到离散化的误差状态方程作为姿态解算卡尔曼滤波器的状态方程，式(20)作为姿态观测方程，经过卡尔曼滤波器得到输出：姿态误差估计值和陀螺仪零偏误差ε。
根据滤波器的输出可以对最新的姿态进行修正，得到修正后的姿态；对陀螺仪零偏进行修正，得到修正后的陀螺仪零偏。
图4示出了本发明一个实施例的云台姿态解算的处理架构图。
如图4所示，通过云台IMU得到云台体坐标系{b}的角速度测量值再进行姿态更新，例如按照式(4)进行更新，得到当前最新的姿态四元数估计值挂载部件组合导航滤波器输出的{p}系姿态转换到{b}系，例如根据式(17)转换得到{b}系的参考姿态由和例如，根据式(19)得到姿态修正的观测量(姿态误差)然后再由姿态解算卡尔曼滤波器得到修正信息：姿态误差估计值和陀螺仪零偏误差ε。例如，可以对式(15)进行离散化并取一阶近似，得到离散化的误差状态方程作为姿态解算卡尔曼滤波器的状态方程，式(20)作为姿态观测方程，经过卡尔曼滤波器输出和ε。然后根据卡尔曼滤波器的输出对姿态更新后的姿态进行修正，得到修正后的姿态；并对陀螺仪零偏进行修正，得到修正后的陀螺仪零偏。
可选地，当云台与挂载部件通讯断开或其他原因导致云台未接收到挂载部件姿态时，可采用加速度计修正姿态。
设导航坐标系{n}的z向的正单位向量为则重力参考向量在{b}系的单位投影为：
其中姿态矩阵由最新的姿态四元数估计值得到。在云台静止假设条件下，实际重力在{b}系的单位投影为：
反应了姿态解算滤波器输出的姿态估计值，反应了由加速度计得到的姿态测量值，则姿态误差为：
采用加速度计修正姿态，观测方程同式(20)。
根据式(25)得到的姿态误差，式(20)所示的姿态观测方程，式(15)所示的姿态误差状态方程，通过卡尔曼滤波器可以得到修正信息，即姿态误差估计值和陀螺仪零偏误差ε。
在本发明实施例中，对于卡尔曼滤波器采用的算法不做限定。例如，卡尔曼滤波器可以采用如下的算法。
本发明实施例的技术方案，利用云台的挂载部件的姿态信息对云台中的惯性测量单元测量的云台的姿态信息进行修正，由于挂载部件的姿态是由惯性-VO组合导航滤波器得到的，已经补偿了运动加速度产生的姿态误差，因此能够避免采用加速度计进行姿态测量带来的运动加速度误差，从而提高云台姿态解算的精度。
上文详细描述了本发明实施例的手持云台的姿态解算的方法，下面将描述本发明实施例的云台系统。应理解，本发明实施例的云台系统可以执行前述本发明实施例的各种方法，即以下各种产品的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程。
图5示出了本发明实施例的云台系统500的示意性框图。
如图5所示，云台系统500可以包括：
云台510，所述云台510中设置有惯性测量单元；
挂载部件520，所述挂载部件520用于挂载所述云台510，所述挂载部件520中设置有视觉里程计；
第一处理器530，用于获取所述云台中的惯性测量单元测量的第一姿态信息，获取由所述云台的挂载部件中的视觉里程计的测量数据得到的第二姿态信息，以及，根据所述第二姿态信息对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
可选地，在本发明一个实施例中，所述第一处理器530可以设置于所述云台510中。
可选地，在本发明一个实施例中，所述挂载部件520中设置有惯性测量单元和视觉里程计；所述云台系统500还包括：
第二处理器540，用于由所述挂载部件中的惯性测量单元和视觉里程计的测量数据得到所述第二姿态信息。
可选地，在本发明一个实施例中，所述第二姿态信息包括所述挂载部件的体坐标系下的所述挂载部件的姿态；
所述第二处理器540用于通过组合导航滤波器对所述挂载部件中的惯性测量单元和视觉里程计的测量数据进行数据融合得到所述挂载部件的体坐标系下的所述挂载部件的姿态。
可选地，在本发明一个实施例中，所述第二处理器540设置于所述挂载部件中。
可选地，在本发明一个实施例中，所述第一处理器530用于：
将所述挂载部件的体坐标系下的所述挂载部件的姿态转换为所述云台的体坐标系下的所述挂载部件的姿态；
将所述云台的体坐标系下的所述挂载部件的姿态作为参考姿态，对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
可选地，在本发明一个实施例中，所述第一处理器530用于：
通过卡尔曼滤波器，根据所述第一姿态信息和所述参考姿态进行数据融合，得到修正信息；
根据所述修正信息对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
可选地，在本发明一个实施例中，所述第一处理器530用于：
根据所述第一姿态信息和所述参考姿态，确定姿态误差；
根据所述姿态误差、姿态误差状态方程和姿态观测方程进行数据融合，得到所述修正信息。
可选地，在本发明一个实施例中，所述第一处理器530用于：
在无法获取所述第二姿态信息时，获取所述云台的惯性测量单元中的加速度计的测量数据；
根据所述加速度计的测量数据对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
可选地，在本发明一个实施例中，所述第一处理器530用于：
通过卡尔曼滤波器，根据所述加速度计的测量数据和所述第一姿态信息进行数据融合，得到修正信息；
根据所述修正信息对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
可选地，在本发明一个实施例中，所述第一处理器530用于：
根据所述加速度计的测量数据和所述第一姿态信息，确定姿态误差；
根据所述姿态误差、姿态误差状态方程和姿态观测方程进行数据融合，得到所述修正信息。
可选地，在本发明一个实施例中，所述第一处理器530用于：
根据所述修正信息对所述云台的惯性测量单元中的陀螺仪零偏进行修正，得到修正后的陀螺仪零偏。
可选地，在本发明一个实施例中，所述挂载部件520为第四轴结构或基座。
应理解，本发明实施例对第一处理器530和第二处理器540的具体实现形式不做限定，例如它们可以是微处理器或者其他处理器。另外，第一处理器530和第二处理器540也可以合并，即可以由一个处理器实现它们的功能。
图6示出了本发明一个实施例的系统600的示意性框图。
如图6所示，该系统600可以包括处理器610和存储器620。
应理解，系统600中还可以包括其他计算机系统中通常所包括的部件，例如，通信接口等，本发明实施例对此并不限定。
存储器620用于存储计算机可执行指令。
存储器620可以是各种种类的存储器，例如可以包括高速随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)，还可以包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器，本发明实施例对此并不限定。
处理器610用于访问该存储器620，并执行该计算机可执行指令，以进行上述本发明各种实施例的方法中的操作。
具体地，处理器610用于进行如下操作：
获取云台中的惯性测量单元测量的第一姿态信息；
获取由所述云台的挂载部件中的视觉里程计的测量数据得到的第二姿态信息，其中，所述挂载部件用于挂载所述云台；
根据所述第二姿态信息对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
可选地，所述第二姿态信息由所述挂载部件中的惯性测量单元和视觉里程计的测量数据得到。
可选地，所述第二姿态信息包括所述挂载部件的体坐标系下的所述挂载部件的姿态；
其中，所述挂载部件的体坐标系下的所述挂载部件的姿态为通过组合导航滤波器对所述挂载部件中的惯性测量单元和视觉里程计的测量数据进行数据融合得到的。
可选地，处理器610具体用于进行如下操作：
将所述挂载部件的体坐标系下的所述挂载部件的姿态转换为所述云台的体坐标系下的所述挂载部件的姿态；
将所述云台的体坐标系下的所述挂载部件的姿态作为参考姿态，对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
可选地，处理器610具体用于进行如下操作：
通过卡尔曼滤波器，根据所述第一姿态信息和所述参考姿态进行数据融合，得到修正信息；
根据所述修正信息对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
可选地，处理器610具体用于进行如下操作：
根据所述第一姿态信息和所述参考姿态，确定姿态误差；
根据所述姿态误差、姿态误差状态方程和姿态观测方程进行数据融合，得到所述修正信息。
可选地，处理器610还用于进行如下操作：
在无法获取所述第二姿态信息时，获取所述云台的惯性测量单元中的加速度计的测量数据；
根据所述加速度计的测量数据对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
可选地，处理器610具体用于进行如下操作：
通过卡尔曼滤波器，根据所述加速度计的测量数据和所述第一姿态信息进行数据融合，得到修正信息；
根据所述修正信息对所述第一姿态信息进行修正，得到修正后的所述云台的姿态。
可选地，处理器610具体用于进行如下操作：
根据所述加速度计的测量数据和所述第一姿态信息，确定姿态误差；
根据所述姿态误差、姿态误差状态方程和姿态观测方程进行数据融合，得到所述修正信息。
可选地，处理器610还用于进行如下操作：
根据所述修正信息对所述云台的惯性测量单元中的陀螺仪零偏进行修正，得到修正后的陀螺仪零偏。
处理器610可以包括微处理器，现场可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)，中央处理器(Central Processing unit，CPU)，图形处理器(GraphicsProcessing Unit，GPU)等，本发明实施例对此并不限定。
本发明实施例的云台系统和系统可对应于本发明实施例的云台姿态解算的方法的执行主体，并且云台系统和系统中的各个模块的上述和其它操作和/或功能分别为了实现前述各个方法的相应流程，为了简洁，在此不再赘述。
本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质中存储有程序代码，该程序代码可以用于指示执行上述本发明实施例的云台姿态解算的方法。
应理解，在本发明实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (25)

1.一种手持云台的姿态解算的方法，其特征在于，包括：
获取云台中的惯性测量单元测量的第一姿态信息；
获取由所述云台的挂载部件中的视觉里程计的测量数据得到的第二姿态信息，其中，所述挂载部件用于挂载所述云台；
根据所述第二姿态信息对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二姿态信息由所述挂载部件中的惯性测量单元和视觉里程计的测量数据得到。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二姿态信息包括所述挂载部件的体坐标系下的所述挂载部件的姿态；
其中，所述挂载部件的体坐标系下的所述挂载部件的姿态为通过组合导航滤波器对所述挂载部件中的惯性测量单元和视觉里程计的测量数据进行数据融合得到的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二姿态信息对所述第一姿态信息进行修正，包括：
将所述挂载部件的体坐标系下的所述挂载部件的姿态转换为所述云台的体坐标系下的所述挂载部件的姿态；
将所述云台的体坐标系下的所述挂载部件的姿态作为参考姿态，对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述第一姿态信息进行修正，包括：
通过卡尔曼滤波器，根据所述第一姿态信息和所述参考姿态进行数据融合，得到修正信息；
根据所述修正信息对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一姿态信息和所述参考姿态进行数据融合，包括：
根据所述第一姿态信息和所述参考姿态，确定姿态误差；
根据所述姿态误差、姿态误差状态方程和姿态观测方程进行数据融合，得到所述修正信息。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在无法获取所述第二姿态信息时，获取所述云台的惯性测量单元中的加速度计的测量数据；
根据所述加速度计的测量数据对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述加速度计的测量数据对所述第一姿态信息进行修正，包括：
通过卡尔曼滤波器，根据所述加速度计的测量数据和所述第一姿态信息进行数据融合，得到修正信息；
根据所述修正信息对所述第一姿态信息进行修正，得到修正后的所述云台的姿态。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述加速度计的测量数据和所述第一姿态信息进行数据融合，包括：
根据所述加速度计的测量数据和所述第一姿态信息，确定姿态误差；
根据所述姿态误差、姿态误差状态方程和姿态观测方程进行数据融合，得到所述修正信息。
10.根据权利要求5、6、8和9中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述修正信息对所述云台的惯性测量单元中的陀螺仪零偏进行修正，得到修正后的陀螺仪零偏。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述挂载部件为第四轴结构或基座。
12.一种云台系统，其特征在于，包括：
云台，所述云台中设置有惯性测量单元；
挂载部件，所述挂载部件用于挂载所述云台，所述挂载部件中设置有视觉里程计；
第一处理器，用于获取所述云台中的惯性测量单元测量的第一姿态信息，获取由所述云台的挂载部件中的视觉里程计的测量数据得到的第二姿态信息，以及，根据所述第二姿态信息对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
13.根据权利要求12所述的云台系统，其特征在于，所述挂载部件中设置有惯性测量单元；
所述云台系统还包括：
第二处理器，用于由所述挂载部件中的惯性测量单元和视觉里程计的测量数据得到所述第二姿态信息。
14.根据权利要求13所述的云台系统，其特征在于，所述第二姿态信息包括所述挂载部件的体坐标系下的所述挂载部件的姿态；
所述第二处理器用于通过组合导航滤波器对所述挂载部件中的惯性测量单元和视觉里程计的测量数据进行数据融合得到所述挂载部件的体坐标系下的所述挂载部件的姿态。
15.根据权利要求13或14所述的云台系统，其特征在于，所述第二处理器设置于所述挂载部件中。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的云台系统，其特征在于，所述第一处理器用于：
将所述挂载部件的体坐标系下的所述挂载部件的姿态转换为所述云台的体坐标系下的所述挂载部件的姿态；
将所述云台的体坐标系下的所述挂载部件的姿态作为参考姿态，对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
17.根据权利要求16所述的云台系统，其特征在于，所述第一处理器用于：
通过卡尔曼滤波器，根据所述第一姿态信息和所述参考姿态进行数据融合，得到修正信息；
根据所述修正信息对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
18.根据权利要求17所述的云台系统，其特征在于，所述第一处理器用于：
根据所述第一姿态信息和所述参考姿态，确定姿态误差；
根据所述姿态误差、姿态误差状态方程和姿态观测方程进行数据融合，得到所述修正信息。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的云台系统，其特征在于，所述第一处理器用于：
在无法获取所述第二姿态信息时，获取所述云台的惯性测量单元中的加速度计的测量数据；
根据所述加速度计的测量数据对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
20.根据权利要求19所述的云台系统，其特征在于，所述第一处理器用于：
通过卡尔曼滤波器，根据所述加速度计的测量数据和所述第一姿态信息进行数据融合，得到修正信息；
根据所述修正信息对所述第一姿态信息进行修正，得到所述云台的姿态。
21.根据权利要求20所述的云台系统，其特征在于，所述第一处理器用于：
根据所述加速度计的测量数据和所述第一姿态信息，确定姿态误差；
根据所述姿态误差、姿态误差状态方程和姿态观测方程进行数据融合，得到所述修正信息。
22.根据权利要求17、18、20和21中任一项所述的云台系统，其特征在于，所述第一处理器用于：
根据所述修正信息对所述云台的惯性测量单元中的陀螺仪零偏进行修正，得到修正后的陀螺仪零偏。
23.根据权利要求12至22中任一项所述的云台系统，其特征在于，所述第一处理器设置于所述云台中。
24.根据权利要求12至23中任一项所述的云台系统，其特征在于，所述挂载部件为第四轴结构或基座。
25.一种系统，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机可执行指令；
处理器，用于访问所述存储器，并执行所述计算机可执行指令，以进行根据权利要求1至11中任一项所述的方法中的操作。
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