[发明专利]一种基于视觉引导的无人机自动着陆方法

权利要求书

1.一种基于视觉引导的无人机自动着陆方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1)根据降落平台的GPS信息，通过GPS导航引导无人机进入降落平台上空，然后降低无人机高度，使无人机在离地面10～15m距离悬停；

步骤2)使用机载相机拍摄的图像检测粗定位标志区域，由粗定位标志区域计算降落平台的中心坐标(x₀,y₀)；

步骤3)根据公式(1)计算降落平台相对于无人机的位置坐标(X,Y,h)，

式中，h为无人机距离地面的高度，(u₀,v₀)为机载相机拍摄的图像中心点坐标，f为机载相机的焦距；

步骤4)使用无人机双层PID控制器控制无人机的降落；

步骤5)判断无人机是否达到识别精确定位标志的条件，若是，则进行下一步骤，若否则更新降落平台相对于无人机的位置坐标(X,Y,h)，返回步骤4)；

所述步骤5)中当无人机未达到识别精确定位标志的条件时，更新降落平台相对于无人机的位置坐标(X,Y,h)，按如下步骤进行：

(5.1)以步骤2)中检测出的粗定位标志区域作为待跟踪图像的搜索窗口；

(5.2)以无人机拍摄的当前帧图像作为待跟踪图像，将当前帧图像转换到HSV色彩空间下，以红色的色调H＝0.98为阈值进行图像分割，并通过形态学开运算处理得到当前帧图像的二值图像；

(5.3)在当前帧图像的二值图像中，利用待跟踪图像的搜索窗口的零阶矩M₀₀和一阶矩M₁₀，M₀₁之间的关系，计算搜索窗口的质心(x_c,y_c)：其中I(x,y)为待跟踪图像的二值图像中像素坐标(x,y)的像素值，x,y的变化范围为搜索窗口的大小；

(5.4)令搜索窗口的质心(x_c,y_c)作为当前帧图像中降落平台的中心坐标：

(5.5)利用当前帧图像中降落平台的中心坐标(x₀,y₀)，通过步骤(3)更新降落平台相对于降落平台相对于无人机的位置坐标(X,Y,h)；

(5.6)在当前帧图像上以(x_c,y_c)为中心，构建宽度为高度为1.2s的矩形作为粗定位标志矩形区域，完成当前帧图像粗定位标志区域的更新，并使用当前帧粗定位标志区域初始化下一帧待跟踪图像的搜索窗口，重复步骤(5.2)～(5.6)实现粗定位标志区域和降落平台相对于降落平台相对于无人机的位置坐标(X,Y,h)的实时更新；

步骤6)使用Apriltags技术实时检测精确定位标志，得出新的降落平台的中心坐标(x₁,y₁)，通过步骤3)的公式(1)得到新的降落平台相对于无人机的位置坐标(X₁,Y₁,h₁)，通过步骤4)控制无人机降落，最终完成无人机的精确着陆。

2.根据权利要求1所述的基于视觉引导的无人机自动着陆方法，其特征在于：所述步骤1)中的降落平台为标识有降落标志的平面，所述降落标志由中心在同一点精确定位标志和粗定位标志组成。

3.根据权利要求2所述的基于视觉引导的无人机自动着陆方法，其特征在于：所述精确定位标志为边长15cm的正方形Apriltags，所述粗定位标志为半径为60cm的圆到Apriltags之间的区域，粗定位标志区域使用红色填充。