[发明专利]一种用于软式自主空中加油的仿鹰眼运动目标定位方法

说明书

本发明是一种用于软式自主空中加油的仿鹰眼运动目标定位方法，其实施步骤为：步骤一：仿鹰视顶盖细胞响应计算；步骤二：仿鹰核团纹理抑制与显著图提取；步骤三：颜色阈值分割；步骤四：感兴趣区域提取；步骤五：锥套标志点坐标获取；步骤六：标识点匹配；步骤七：摄像机参数标定；步骤八：加油锥套位姿测量；本发明提出的用于软式自主空中加油的仿鹰眼运动目标定位方法能够准确提取无人机软式加油过程中的加油锥套，准确确定加油锥套位置，该方法具有较高的准确性和鲁棒性。

一、技术领域

本发明是一种用于软式自主空中加油的仿鹰眼运动目标定位方法，属于计算机视觉技术领域。

二、背景技术

自主空中加油技术是飞机自主化和智能化研究领域的一个热点，该项技术不但可用于提升无人机作战半径和作战效能，而且有利于提升有人驾驶飞机空中加油的安全性和可操作性。尤其在恶劣天气条件下，利用自主空中加油技术可以大大降低飞行员进行空中加油是的技术难度和工作负担。2011年4月，美国诺斯罗普格鲁曼公司、美国国防高级研究计划局和美国航天局德莱顿飞行中心将一架改造过的无人验证机与一架全球鹰在13716m的高空完成了伙伴式空中加油，开创了无人机自动空中加油的先河。2015年4月，美军X-47B实现了历史上首次无人机自主空中加油对接测试，成功将受油探管插入加油机放出的软管-锥套中。

加油机/受油机的精确导航是自主空中加油技术的一项关键技术和研究重点。目前国内外研究的空中加油导航技术主要有惯性导航系统、全球定位系统(Global PositionSystem，GPS)、视觉导航系统等。其中惯性导航系统的定位误差会随时间累积，需要使用其他导航系统进行修正。GPS导航系统应用较为广泛，技术也相对成熟，使用简单等优点，但由于完全依靠卫星信号的接收，对外部信号依赖较大。另外，对软式加油而言，软管及其携带的加油锥套受到气流影响会产生摆动，采用差分GPS和惯性导航得到的加油机与受油机之间的位置并不能准确给出加油锥与受油口的位置。基于仿生视觉的相对导航方法能够直接测量加油锥套与受油机之间的相对位置，为无人机空中加油提供准确的导航信息。

自然界中很多生物系统拥有超强的环境感知能力，若将其应用于自主空中加油的相对导航过程中将能够同时保证其高精度、实时性、鲁棒性等。鹰眼是一个很好的生物视觉信息处理系统，本发明将鹰眼的视觉处理机制用于仿生视觉定位中以提高目标检测的准确度进而提高视觉定位的精度，为软式自主空中加油提供精确的相对导航。鹰隼类的视觉系统存在一种pop-out机制，该机制能够将视觉注意力锁定在更有价值的目标区域，从而大大提高视觉系统的图像分析速度和目标捕获准确度。从鹰眼视网膜出发，在鹰眼视网膜神经节细胞中存在相互抑制作用，通过这种广泛存在的抑制作用可限制细胞的动态响应范围，同时对信息进行有效编码和整合，将这种编码传递到下一层。从视网膜到大脑之间存在离顶盖通路，该通路中的峡核细胞和顶盖细胞会接收来自神经节细胞和其他底层细胞的刺激，并对其进行进一步的整合加工，滤出无效信息和噪声信息，将目标信息提取出来用于下一步的目标检测和定位。

本发明从鹰的视觉系统处理机制出发，结合鹰脑核团之间的相互作用模拟鹰的视觉注意机制，提取加油锥套所在的大致区域，然后使用颜色分割对锥套区域进行有效的特征提取，进而使用位姿估计算法测量加油机锥套和受油机视觉系统之间的相对位置信息。此外，本发明搭建了空中验证平台并对本发明所提出的软式自主空中加油仿生视觉定位方法进行验证。

三、发明内容

1、发明目的：

本发明提出了一种用于软式自主空中加油的仿鹰眼运动目标定位方法，其目的是提供一种精确的软式空中加油相对导航方案，为软式自主空中加油系统提供可靠的相对位置测量信息，提高空中加油相对导航的自主性，减少对卫星等外部信号的依赖，降低对接过程中的事故发生率，革新当前的空中加油技术。

2、技术方案：