本发明专利技术公开了一种基于特定标记物和视觉导航的无人机智能巡检系统，包括视觉定位模块、特定标识物识别模块、导航信息融合模块、特定点环境刻画模块和移动轨迹刻画模块；所述视觉定位模块，用于计算无人机相对于地标的方位和距离，产生视觉定位信号；所述特定标识物识别模块，用于识别人工标识物，产生辅助定位信号；所述导航信息融合模块，融合识别到的GPS信号/北斗信号、视觉定位信号和辅助定位信号校准无人机当前位置，基于校准后的无人机当前位置产生控制指令，调整无人机的飞行姿态、速度和方向，实现精确的飞行控制。本发明专利技术的无人机智能巡检系统，具有适应性强、实时性高、精度高、安全性好、灵活性好以及可扩展性强等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于特定标记物和视觉导航的无人机智能巡检系统，属于无人机视觉导航技术。
技术介绍
1、传统的无人机控制系统通常采用gps、惯性测量单元（imu）等传感器进行导航。然而，这些方法在某些场景下存在局限性，比如室内被遮挡、大桥桥墩底下、峡谷等gps信号弱的环境下，极有可能发生无人机丢失gps信号无法精确定位的情况，导致无人机无法稳定飞行，偏离当前飞行位置，出现坠机的危险；同时，对于周期性观测的环境，尤其是自然生长因素较多的环境，由于自然生长导致的环境变化，容易导致观测目标的错误识别；另外，在野外巡检时，由于目标移动的时间、速度、位置等因素的不确定性，识别到的物件很难对继续巡检产生明确的指导作用。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于特定标记物和视觉导航的无人机控制系统，通过对环境的刻画实现视觉定位，通过对特定标识物的识别实现辅助定位，结合能够识别到的gps信号、视觉定位信号和辅助定位信号校准无人机位置，实现无人机智能巡检。
2、技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于特定标记物和视觉导航的无人机智能巡检系统，在无人机上设置有gps定位模块和/或北斗定位模块、图像采集模块，在无人机上还设置有视觉定位模块、特定标识物识别模块、导航信息融合模块、特定点环境刻画模块和移动轨迹刻画模块；
4、所述gps定位模块和/或北斗定位模块，用于识别gps信号/北斗信号；
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p>5、所述图像采集模块，基于无人机上搭载的高清相机实现，根据指令采集环境图像；6、所述视觉定位模块，基于采集到的环境图像，识别地标特征或地形特征，计算无人机相对于地标的方位和距离，产生视觉定位信号；
7、所述特定标识物识别模块，用于识别人工标识物，计算无人机相对于人工标志物的方位和距离，产生辅助定位信号；所述人工标识物为留置在环境中的可视觉识别物，该可视觉识别物携带有位置、时间、指示或指令信息；
8、所述导航信息融合模块，融合识别到的gps信号/北斗信号、视觉定位信号和辅助定位信号校准无人机当前位置，基于校准后的无人机当前位置产生控制指令，调整无人机的飞行姿态、速度和方向，实现精确的飞行控制；
9、所述特定点环境刻画模块，根据条件指令控制无人机对特定点进行环境图像采集，刻画特定点的3d影像；
10、所述移动轨迹刻画模块，结合时间信息和无人机位姿信息，刻画无人机的移动轨迹，在无人机的移动轨迹上标记识别到的人工标识物和特定点。
11、采用本案的无人机智能巡检系统，在一般的飞行模式下，通过gps定位模块和/或北斗定位模块进行定位和导航；在gps信号/北斗信号不稳定时，可以采用视觉定位进行辅助定位和导航；在gps信号/北斗信号完全消失时，可以采用视觉定位进行辅助定位和导航。在任何时候，都对人工标志物进行识别。
12、优选的，所述可视觉识别物通过本身的颜色、形状、图案、文字携带位置、时间、指示或指令信息。人工标识物为本专利技术的一个重要创新点，其可以根据不同情况留置在环境中：若是明确具体位置的留置，此时设计的人工标识物可以是特定形状和颜色的物体，也可是在表面刻画了包含相关信息的密码图案（比如条形码或二维码），无人机通过对人工标识物的识别即可获得明确的信息；若是迷失在环境中的个人或团体留置的信号，可以通过颜色表明留置的顺序，可以通过箭头图案表明移动的方向或提供相关命令。人工标识物的含义可以事先约定，作为逃生件配置给个人；为了能够准确识别到人工标识物，可以在人工标识物上设计便于识别的装饰，比如鲜艳的颜色、荧光物质等。
13、优选的，所述图像采集模块对获取的环境图像进行处理后，将处理后的环境图像发送给视觉定位模块、特定标识物识别模块和特定点环境刻画模块；对环境图像进行处理，包括预处理和特征提取，预处理包括去噪、增强对比度和色彩矫正等操作，使得环境图像更清晰、色彩更逼真。
14、优选的，采用sift算法、surf算法进行特征提取，找出环境图像中的关键特征点和特征描述子。
15、优选的，所述视觉定位模块和特定标识物识别模块中，先采用特征匹配算法（比如bfmatcher算法）对当前帧和参考帧进行特征匹配找出相同的地标特征、地形特征或人工标识物的特征点对；再根据匹配的特征点对，采用posit算法计算当前帧相对于参考帧的旋转矩阵和平移矩阵，进而得到无人机的相对方位和距离，获取无人机的相对位姿。
16、优选的，所述移动轨迹刻画模块，通过前后帧图像中特征点的相对位置，结合时间信息、无人机的高度计检测到的高度信息、imu惯导检测到的加速度信息和旋转信息，建立特征点的移动轨迹，也即刻画无人机的移动轨迹。
17、优选的，该无人机根据指令返航，或者根据条件指令循迹无人机的移动轨迹自动返航。
18、有益效果：本专利技术提供的基于特定标记物和视觉导航的无人机智能巡检系统，相对于现有技术，具有如下优势：1、适应性强：本专利技术充分利用图像信息，对环境进行智能判断，以适应不同环境下的导航需求；在无法进行gps定位/北斗定位、gps定位/北斗定位不准的情况下，依然能够实现较准确的飞行导航；2、实时性高：本案中的视觉导航和标志物识别都在本地进行计算，因此可以实时处理环境图像信息，从而进行实时的航迹规划和飞行控制；3、精度高：在gps定位/北斗定位、视觉定位的基础上，复合了特定标识物识别和追踪，能够极大提高巡检的精度；4、安全性高：本专利技术采用的视觉导航和人工标志物识别，可以避免对gps /北斗等设备的一栏，降低了飞行受干扰的可能性，提高了飞行的安全性；5、灵活性好：本专利技术可以根据不同的任务需求，灵活调整航迹规划和飞行控制策略，实现多种任务；6、可扩展性强：对人工标识物进行相关含义的标准定义，可以实现更丰富的导航信息获取和更准确飞行控制；同时，视觉导航、人工标识物还可以与其他智能技术相结合，如人工智能、深度学习等，实现更高级别的无人机智能化；
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【技术保护点】
1.一种基于特定标记物和视觉导航的无人机智能巡检系统，在无人机上设置有GPS定位模块和/或北斗定位模块、图像采集模块，其特征在于：在无人机上还设置有视觉定位模块、特定标识物识别模块、导航信息融合模块、特定点环境刻画模块和移动轨迹刻画模块；
2.根据权利要求1所述的基于特定标记物和视觉导航的无人机智能巡检系统，其特征在于：所述可视觉识别物通过本身的颜色、形状、图案、文字携带位置、时间、指示或指令信息。
3.根据权利要求1所述的基于特定标记物和视觉导航的无人机智能巡检系统，其特征在于：所述图像采集模块对获取的环境图像进行处理后，将处理后的环境图像发送给视觉定位模块、特定标识物识别模块和特定点环境刻画模块；对环境图像进行处理，包括预处理和特征提取，预处理包括去噪、增强对比度和色彩矫正操作。
4.根据权利要求3所述的基于特定标记物和视觉导航的无人机智能巡检系统，其特征在于：采用SIFT算法、SURF算法进行特征提取。
5.根据权利要求1所述的基于特定标记物和视觉导航的无人机智能巡检系统，其特征在于：所述视觉定位模块和特定标识物识别模块中，先采用特征匹配算法对当前帧和参考帧进行特征匹配找出相同的地标特征、地形特征或人工标识物的特征点对，再采用POSIT算法计算当前帧相对于参考帧的旋转矩阵和平移矩阵，进而得到无人机的相对方位和距离。
6.根据权利要求1所述的基于特定标记物和视觉导航的无人机智能巡检系统，其特征在于：所述移动轨迹刻画模块，通过前后帧图像中特征点的相对位置，结合时间信息、无人机的高度计检测到的高度信息、IMU惯导检测到的加速度信息和旋转信息，建立特征点的移动轨迹，也即刻画无人机的移动轨迹。
7.根据权利要求1所述的基于特定标记物和视觉导航的无人机智能巡检系统，其特征在于：该无人机根据指令返航，或者根据条件指令循迹无人机的移动轨迹自动返航。
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【技术特征摘要】
1.一种基于特定标记物和视觉导航的无人机智能巡检系统，在无人机上设置有gps定位模块和/或北斗定位模块、图像采集模块，其特征在于：在无人机上还设置有视觉定位模块、特定标识物识别模块、导航信息融合模块、特定点环境刻画模块和移动轨迹刻画模块；
2.根据权利要求1所述的基于特定标记物和视觉导航的无人机智能巡检系统，其特征在于：所述可视觉识别物通过本身的颜色、形状、图案、文字携带位置、时间、指示或指令信息。
3.根据权利要求1所述的基于特定标记物和视觉导航的无人机智能巡检系统，其特征在于：所述图像采集模块对获取的环境图像进行处理后，将处理后的环境图像发送给视觉定位模块、特定标识物识别模块和特定点环境刻画模块；对环境图像进行处理，包括预处理和特征提取，预处理包括去噪、增强对比度和色彩矫正操作。
4.根据权利要求3所述的基于特定标记物和视觉导航的无人机智能巡检系统，其特征在于：采用s...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏飞，罗伟，
申请(专利权)人：中航金城无人系统有限公司，
类型：发明
国别省市：
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