Recently, unmanned aerial vehicles (UAVs) are rapidly spreading to the general public due to the miniaturization, weight reduction, and low cost of sensors. In this regard, a vision navigation method that accurately estimates the flight position of a UAV using a camera frame image is being studied. Most existing methods estimate the initial position using a high-performance INS, set a wide search area, and estimate the precise position using a high-resolution image. Therefore, a high-performance computing device is required. In addition, such methods involve weaknesses related to changes in altitude and speed, and environmental changes in the flight area. In this paper, instead of using high-performance INS, initial position estimation was made possible by using ‘frame matching’. Instead of setting a wide searching area, ‘pseudo frames’ were introduced to reduce the searching area to the frame area. It is possible to accurately estimate the position within a distance error range of about 15 m at an altitude of 2500 m or less by using ‘edge matching’, instead of using the indexed position value in the high-resolution image. Using only low-cost cameras and terrain/map tiles mounted on low-end UAVs, the proposed method enables independent and precise position estimation without the help of high-performance INS. In addition, due to the characteristics of the algorithm, even if the camera frame and pseudo frame are reduced to 100×100 pixel size, robust position estimation is possible in a low-end UAV, resulting in fast and precise real-time Vision/INS integrated navigation.
최근 무인기(UAV)는 센서의 초소형화, 경량화, 저가화로 인해 일반에도 빠르게 보급되고 있다. 이와 관련하여 카메라 프레임 영상을 이용하여 무인기의 비행 위치를 정밀하게 추정하는 영상항법이 연구되고 있다. 기존 방법들은 대부분 고성능 INS를 이용하여 초기 위치를 추정하고 넓은 조사영역을 설정하며 고해상도 영상을 이용하여 정밀한 위치를 추정한다. 그렇기 때문에 고성능 연산장치를 필요로 한다. 그 외에도 고도, 속도의 변화와 비행 지역의 환경변화에 취약점을 가진다. 본 논문에서는 고성능 INS를 사용하는 대신 프레임 정합을 사용하여 초기 위치 추정이 가능하도록 하였고 넓은 조사영역을 설정하는 대신 유사 프레임을 도입하여 조사영역을 프레임 영역으로 축소시켰다. 그리고 고해상도 영상에 인덱싱 된 위치값을 이용하는 대신 에지정합을 사용하여 2500m 이내 고도에서 약 15m 정도의 거리 오차 범위 내 정밀한 위치 추정이 가능하도록 하였다. 제안하는 방법은 보급형 무인기에 장착된 저가형 카메라와 지형/지도타일 만을 사용하여 고성능 INS의 도움없이도 독립적이고 정밀한 위치 추정을 가능하게 한다. 또한 알고리즘의 특성 상 카메라 프레임과 유사 프레임을 100×100 픽셀 크기로 줄여도 강인한 위치 추정 성능을 나타내기 때문에 보급형 무인기에서 빠르고 정밀한 실시간 영상/관성 통합항법을 가능하게 한다.
