【技术实现步骤摘要】
一种基于图像标记的无人机视觉姿态和位置解算方法
本专利技术涉及无人机导航
,尤其涉及一种基于图像标记的无人机视觉姿态和位置解算方法。
技术介绍
无人机导航技术是无人机系统实现自主飞行的关键技术之一。无人机常用的导航技术主要包括惯性导航、GPS导航、视觉导航、无线电导航和地形辅助导航等。无人机路径规划、实时避障、精准着陆、着舰和飞行控制等功能的实现需要导航模块提供持续全面的导航信息,其中着舰更是对导航技术要求极高的领域。无人机自主着舰不同于地面上的着陆。舰船相当于海上不停歇的移动机场,舰船甲板空间狭小,意味着无人机自主着舰控制技术是一项极其复杂且具有挑战性的项目研究。若要实现无人机高精度、安全可靠地着舰,需要充分理解设计无人机下落着舰的各项通道的反馈控制以及高精度的着舰方法。在自主着舰过程中,由于传统导航方式比如GPS等精度不够,无法确定与舰船的相对运动等,会给着舰带来未知的威胁,甚至导致着舰失败。而视觉导航恰好可以弥补此缺陷,提供机、舰相对位置和姿态信息,因此,可以给无人机安装视觉传感器(摄像机),利用视觉图像来引导无人机着舰,提高着舰精度及自主性。近年来,随着计算机视觉算法的改进、模式识别理论的进一步完善以及计算机计算和存储能力的提高,视觉图像算法的可靠性和实时性都得到了较大的进步。基于视觉的着舰方式具有自主实时、精度较高、成本低廉、抗干扰能力强等优点。但国内无人机视觉技术引导着舰控制技术研究还尚处于软件仿真和半实物仿真阶段,未能达到实用要求。
技术实现思路
有鉴于 ...
【技术保护点】
1.一种基于图像标记的无人机视觉姿态和位置解算方法,其特征在于,包括如下步骤:/nS1:采集无人机航拍图像视频流;/nS2:利用图像的饱和空间S对采集的图像进行分割,经过色彩空间转换后,通过自适应阈值对图像进行阈值二值化操作,从图像中寻找最大联通区域作为感兴趣区域;/nS3:使用一个固定窗口在所述感兴趣区域上进行任意方向上的滑动,比较滑动前后窗口中的像素灰度值;/nS4:判断是否任意方向上的滑动都使所述窗口中的像素灰度变化值大于阈值;若是,则所述窗口包含角点,执行步骤S5;若否,则所述窗口不包含角点,返回步骤S1;/nS5:从所述感兴趣区域中提取角点坐标;/nS6:根据提取的角点坐标,求解单应性矩阵;/nS7:根据所述单应性矩阵,基于成像原理求解无人机的相对位置和相对姿态角。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于图像标记的无人机视觉姿态和位置解算方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:采集无人机航拍图像视频流;
S2:利用图像的饱和空间S对采集的图像进行分割,经过色彩空间转换后,通过自适应阈值对图像进行阈值二值化操作,从图像中寻找最大联通区域作为感兴趣区域;
S3:使用一个固定窗口在所述感兴趣区域上进行任意方向上的滑动,比较滑动前后窗口中的像素灰度值;
S4:判断是否任意方向上的滑动都使所述窗口中的像素灰度变化值大于阈值;若是,则所述窗口包含角点,执行步骤S5;若否,则所述窗口不包含角点,返回步骤S1;
S5:从所述感兴趣区域中提取角点坐标;
S6:根据提取的角点坐标,求解单应性矩阵;
S7:根据所述单应性矩阵,基于成像原理求解无人机的相对位置和相对姿态角。
2.如权利要求1所述的基于图像标记的无人机视觉姿态和位置解算方法,其特征在于,步骤S5,从所述感兴趣区域中提取角点坐标,具体包括:
Harris算子的基本公式如下:
其中,Harris算子采用高斯窗口,(u,v)表示沿横纵两个方向的微小滑动量,E(u,v)表示尺寸为N*N的局部检测窗口沿横纵两个方向做微小滑动(u,v)时,窗口的平均能量变化值,N=3,4,…,10;w(x,y)表示高斯窗口的权重,(x,y)表示当前像素点坐标;I(x+u,y+v)表示窗口滑动后所包含的图像,I(x,y)表示窗口滑动前所包含的图像,Ix和Iy分别表示图像像素点在水平和垂直方向的梯度;令
其中,M为协方差矩阵,采用如下公式对协方差矩阵M的特征值进行评估:
R=det(M)-λ(trace(M))2(3)
其中,
det(M)=λ1λ2(4)
trace(M)=λ1+λ2(5)
其中,R的值越大,表示角点的响应程度越大;λ=0.04~0.08;λ1和λ2分别表示矩阵M的特征值;取R最大值的1%为阈值点,在以待判像素点为中心点的N*N矩阵窗口中提取R最大值点作为角点。
3.如权利要求2所述的基于图像标记的无人机视觉姿态和位置解算方法,其特征在于,步骤S6中,根据提取的角点坐标,求解单应性矩阵,具体包括:
图像坐标系下图像与世界坐标系下图像的透射关系如下:
其中,表示图像坐标系下点的深度;(xP,yP,1)表示图像坐标系下像素点p的坐标;表示世界坐标系下点的齐次坐标,表示以特征平面为基准的世界坐标系下点的齐次坐标;H为单应性矩阵;
设单应性矩阵H为:
由式(6)与式(7)联立得到:
设h33=1,则式(8)和式(9)化为:
由于单应性矩阵的自由度为8,因此,至少...
【专利技术属性】
技术研发人员:王学运,张京娟,陈刚,于泽龙,
申请(专利权)人:北京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:北京;11
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