基于嵌套靶标的多旋翼无人机角度分析方法、系统及终端技术方案

本发明专利技术公开了基于嵌套靶标的多旋翼无人机角度分析方法、系统及终端，涉及无人机技术领域，其技术方案要点是：提取检测到的靶标目标的连通域，并依据连通域从靶标目标中分割出完整的内靶标、外靶标，以及依据飞行高度值和高度区间阈值选取内靶标或外靶标作为参考靶标；依据模板靶标的配置尺寸对参考靶标归一化处理，并计算参考靶标的特征向量；计算参考靶标的特征向量与特征向量矩阵之间的相似度，得到相似度矩阵；以相似度矩阵的最大值不小于预设阈值来判断靶标检测正确，若正确，则执行步骤A或步骤B。本发明专利技术采用大小靶标嵌套的设计模式，保证在无人机起飞和降落过程中由于高度变化导致视场实际空间范围的变化时，视场中存在完整的目标。完整的目标。完整的目标。

【技术实现步骤摘要】
基于嵌套靶标的多旋翼无人机角度分析方法、系统及终端


[0001]本专利技术涉及无人机
，更具体地说，它涉及基于嵌套靶标的多旋翼无人机角度分析方法、系统及终端。

技术介绍

[0002]相对于固定翼无人机，多旋翼无人机由于其飞行速度慢、飞行高度低的特点，在外卖配送、路况监测、城市管理等领域有着广泛的应用。在城市和复杂地貌环境下，卫星信号存在漂移或干扰。因此，在对起降地点有精确要求的场景中，通常采用视觉辅助定位和导航技术。视觉辅助定位和导航技术中非常重要的一个参数是多旋翼无人机相对视觉参考物的航向角。
[0003]现有技术中，采用黑白格相间的平面二维图形等靶标形态作为视觉辅助定位的合作靶标。通常这类靶标放置在地面固定或移动平台上，图形中包含了靶标编号、姿态角等编码信息；同时设计靶标识别算法解析图形中的信息；此工作方式要求机载摄像系统对靶标清晰成像且编码区域清晰可区分。然而，在实际应用场景中，在靶标清晰成像且识别算法能准确识别靶标并解码其内容的要求下，多旋翼无人机的飞行高度上限受到约束；一方面，可以通过增大靶标尺寸来克服飞行高度上限受到约束的缺陷，但同时也会存在飞行高度较低时，过大的靶标尺寸导致靶标不完全在识别范围内，无法完成靶标识别；另一方面，可以增加机载摄像系统性能以使其在更高的飞行高度能识别和解码合作靶标内容，但会增加成本或机载摄像系统重量。
[0004]因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的基于嵌套靶标的多旋翼无人机角度分析方法、系统及终端是我们目前急需解决的问题。

技术实现思路
/>[0005]为解决现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供基于嵌套靶标的多旋翼无人机角度分析方法、系统及终端，采用大小靶标嵌套的设计模式，保证在无人机起飞和降落过程中由于高度变化导致视场实际空间范围的变化时，视场中存在完整的目标，有效扩展了靶标视觉辅助定位和角度计算的应用范围。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：第一方面，提供了基于嵌套靶标的多旋翼无人机角度分析方法，包括以下步骤：获取机载摄像设备视频流，并以目标检测算法从视频流中的帧图像上检测靶标目标，靶标目标为由内靶标和外靶标嵌套组成的嵌套靶标；提取检测到的靶标目标的连通域，并依据连通域从靶标目标中分割出完整的内靶标和/或外靶标，以及依据飞行高度值和高度区间阈值选取相应的内靶标或外靶标作为参考靶标；依据模板靶标的配置尺寸对参考靶标归一化处理，并计算参考靶标的特征向量；计算参考靶标的特征向量与预构建的特征向量矩阵之间的相似度，得到相似度矩
阵；以相似度矩阵的最大值不小于预设阈值来判断靶标检测正确，若正确，则：步骤A：以相似度矩阵的最大值所对应模板靶标表征的旋转角度确定角度分析结果；或，步骤B：以相似度矩阵的最大值所对应模板靶标表征的旋转角度确定靶标目标在帧图像的像素坐标系中的象限位置，并根据象限位置和旋转角度从帧图像中识别出靶标目标的参考边两端的坐标值，以及根据参考边两端的坐标值求解的参考边的旋转角度作为角度分析结果。
[0007]进一步的，所述特征向量矩阵的构建过程具体为：将内靶标或外靶标以多旋转角度和多配置尺寸变换后建立模板靶标集；提取模板靶标集中各个模板靶标的特征向量后构建特征向量矩阵。
[0008]进一步的，所述模板靶标集的构建过程具体为：依据配置尺寸序列将内靶标或外靶标等比变换处理，得到模板靶标组；将配置尺寸序列转换成旋转角度序列，旋转角度序列中的旋转角度大小与配置尺寸序列中相应的配置尺寸大小呈正相关；根据旋转角度序列将相应模板靶标在360度范围内间隔旋转处理，得到模板靶标集。
[0009]进一步的，所述内靶标和外靶标的靶标形态相同，且内靶标和外靶标均为非对称性形态。
[0010]进一步的，所述靶标目标的检测过程具体为：保存靶标目标在当前帧图像中的位置以及依据靶标目标大小所扩展的搜索框大小；若依据所扩展的搜索框大小未检测到靶标目标，则依据预设比例对搜索框扩大，直至检测到靶标目标；若搜索框的扩大次数达到预设次数阈值时仍未检测到正确的靶标目标，则进入下一帧帧图像检测；下一帧帧图像检测时的搜索框大小采用上一帧帧图像检测结束时的搜索框大小。
[0011]进一步的，若相邻帧之间计算的角度分析结果差值大于步长角度值，则以上一帧的角度分析结果与步长角度值之和作为下一帧经过逼近处理后实际输出的角度分析结果。
[0012]进一步的，所述步骤A中，角度分析结果的确定过程具体为：以模板靶标表征的旋转角度直接作为输出的角度分析结果；或，根据相似度矩阵中最大值、第二大值所对应模板靶标表征的旋转角度确定航向角范围，并根据最大值、第二大值之比确定目标航向角在航向角范围中的位置，以及将目标航向角在航向角范围中位置所对应的目标角度值作为输出的角度分析结果。
[0013]进一步的，所述目标角度值的计算公式具体为：
其中，表示目标角度值；表示相似度矩阵中第二大值所对应模板靶标表征的旋转角度；表示相似度矩阵中最大值所对应模板靶标表征的旋转角度；表示相似度矩阵中的最大值；表示相似度矩阵中的第二大值。
[0014]第二方面，提供了基于嵌套靶标的多旋翼无人机角度分析系统，包括：目标检测模块，用于获取机载摄像设备视频流，并以目标检测算法从视频流中的帧图像上检测靶标目标；参考选取模块，用于提取检测到的靶标目标的连通域，并依据连通域从靶标目标中分割出完整的内靶标和/或外靶标，以及依据飞行高度值和高度区间阈值选取相应的内靶标或外靶标作为参考靶标；特征分析模块，用于依据模板靶标的配置尺寸对参考靶标归一化处理，并计算参考靶标的特征向量；相似计算模块，用于计算参考靶标的特征向量与预构建的特征向量矩阵之间的相似度，得到相似度矩阵；角度分析模块，用于以相似度矩阵的最大值不小于预设阈值来判断靶标检测正确，若正确，则：步骤A：以相似度矩阵的最大值所对应模板靶标表征的旋转角度确定角度分析结果；或，步骤B：以相似度矩阵的最大值所对应模板靶标表征的旋转角度确定靶标目标在帧图像的像素坐标系中的象限位置，并根据象限位置和旋转角度从帧图像中识别出靶标目标的参考边两端的坐标值，以及根据参考边两端的坐标值求解的参考边的旋转角度作为角度分析结果。
[0015]第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的基于嵌套靶标的多旋翼无人机角度分析方法。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提出的基于嵌套靶标的多旋翼无人机角度分析方法，采用大小靶标嵌套的设计模式，保证在无人机起飞和降落过程中由于高度变化导致视场实际空间范围的变化时，视场中存在完整的目标，有效扩展了靶标视觉辅助定位和角度计算的应用范围；同时，将检测到的靶标目标与模板靶标进行相似度分析，为角度分析结果提供了直接数据或参考数据，实现方案计算简单，成本低，易部署，精度高；2、本专利技术在角度分析精度要求较低的场景下，以相似度矩阵的最大值所对应模板靶标表征的旋转角本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于嵌套靶标的多旋翼无人机角度分析方法，其特征是，包括以下步骤：获取机载摄像设备视频流，并以目标检测算法从视频流中的帧图像上检测靶标目标，靶标目标为由内靶标和外靶标嵌套组成的嵌套靶标；提取检测到的靶标目标的连通域，并依据连通域从靶标目标中分割出完整的内靶标和/或外靶标，以及依据飞行高度值和高度区间阈值选取相应的内靶标或外靶标作为参考靶标；依据模板靶标的配置尺寸对参考靶标归一化处理，并计算参考靶标的特征向量；计算参考靶标的特征向量与预构建的特征向量矩阵之间的相似度，得到相似度矩阵；以相似度矩阵的最大值不小于预设阈值来判断靶标检测正确，若正确，则：步骤A：以相似度矩阵的最大值所对应模板靶标表征的旋转角度确定角度分析结果；或，步骤B：以相似度矩阵的最大值所对应模板靶标表征的旋转角度确定靶标目标在帧图像的像素坐标系中的象限位置，并根据象限位置和旋转角度从帧图像中识别出靶标目标的参考边两端的坐标值，以及根据参考边两端的坐标值求解的参考边的旋转角度作为角度分析结果。2.根据权利要求1所述的基于嵌套靶标的多旋翼无人机角度分析方法，其特征是，所述特征向量矩阵的构建过程具体为：将内靶标或外靶标以多旋转角度和多配置尺寸变换后建立模板靶标集；提取模板靶标集中各个模板靶标的特征向量后构建特征向量矩阵。3.根据权利要求2所述的基于嵌套靶标的多旋翼无人机角度分析方法，其特征是，所述模板靶标集的构建过程具体为：依据配置尺寸序列将内靶标或外靶标等比变换处理，得到模板靶标组；将配置尺寸序列转换成旋转角度序列，旋转角度序列中的旋转角度大小与配置尺寸序列中相应的配置尺寸大小呈正相关；根据旋转角度序列将相应模板靶标在360度范围内间隔旋转处理，得到模板靶标集。4.根据权利要求1所述的基于嵌套靶标的多旋翼无人机角度分析方法，其特征是，所述内靶标和外靶标的靶标形态相同，且内靶标和外靶标均为非对称性形态。5.根据权利要求1所述的基于嵌套靶标的多旋翼无人机角度分析方法，其特征是，所述靶标目标的检测过程具体为：保存靶标目标在当前帧图像中的位置以及依据靶标目标大小所扩展的搜索框大小；若依据所扩展的搜索框大小未检测到靶标目标，则依据预设比例对搜索框扩大，直至检测到靶标目标；若搜索框的扩大次数达到预设次数阈值时仍未检测到正确的靶标目标，则进入下一帧帧图像检测；下一帧帧图像检测时的搜索框大小采用上一帧帧图像检测结束时的搜索框大小。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世勇，郭文才，安帅，雷超，李茂，倪蜂棋，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团自动化研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：