[发明专利]基于仿仓鸮眼视觉注意的无人机自主编队精准测量方法

说明书

本发明提出了一种基于仿仓鸮眼视觉注意的无人机自主编队精准测量方法，其实施步骤为：步骤一：二维统计直方图的建立；步骤二：仿仓鸮眼显著性提取；步骤三：红色区域分割；步骤四：感兴趣区域提取；步骤五：标识圆片分割；步骤六：多无人机标识重合区域分割；步骤七：圆拟合与参考点获得；步骤八：无人机编队相对位姿测量；本发明提出的基于仿仓鸮眼视觉注意的无人机自主编队精准测量方法能够准确提取无人机球形标识，准确确定无人机位置，具有较高的准确性、自主性和鲁棒性。

一、技术领域

本发明是涉及基于仿仓鸮眼视觉注意的无人机自主编队精准测量方法，属于计算机视觉技术领域。

二、背景技术

无人机因其成本低、体积小、重量轻、机动性好、隐蔽性好等特点而具有越来越广泛的应用。而由于探测传感器的能力有限，单个无人机有很大的局限性。同时，无人机编队是克服单个无人机局限的有效手段。小型化、智能化和自主化是无人机未来的发展方向，而良好的自主定位和自主导航的能力是实现自主化的必备条件。因此，无人机个体需要实时感知自身的飞行状态及在编队中相对环境的状态，从而根据自身当前状态和编队需求进行下一步的自主规划和决策。

目前最常用的无人机导航系统主要是基于惯性导航系统(Inertial NavigationSystem,INS)和卫星定位系统。其中，惯性导航系统独立性好，抗干扰能力强，但存在误差累积，需要其他导航系统对其进行修正。因此在成本较低的无人机导航系统上，惯导系统很少独立应用到无人机的位姿估计上。目前使用最为广泛的卫星导航系统是美国的全球定位系统(Global Positioning System,GPS)，中国的北斗系统、欧盟的“伽利略”系统和俄罗斯的“格洛纳斯”系统。相比于惯性导航系统，卫星定位系统的测量精度高，不存在误差累积问题，但是卫星信号容易受到干扰，尤其在室内或者遮挡条件下无法使用。最常用的组合导航方式是INS/GPS组合导航方法，这种组合方法可以有效提高测量精度，消除累积误差，提高更新频率。但由于这种组合导航方式过度依赖卫星导航系统对于惯导系统的修正作用，当卫星信号不可用或者不可靠时测量数据会变得不再可靠。

基于视觉的相对导航方法具有成本低、自主性强、重量轻等优点，根据任务需求的不同，可以使用不同波段的视觉传感器，且可避免外界电磁波的干扰，非常适合于无人机编队中位姿测量的任务需求。猛禽的视觉系统在各类动物中尤为突出，有些猛禽类的视觉敏锐度甚至超过了人类视觉。仓鸮是典型的猛禽类，其视觉系统对输入的海量视觉信息并不是来者不拒的，而是会将更多的处理资源集中在潜在的重要目标上，从而滤除大部分的冗余信息，解决精度和实时性之间的矛盾。近年来在德国亚琛大学的Wolf Harmening等生物学家对仓鸮进行了自由扫视实验，实验结果表明仓鸮具有视觉注意机制，即能够将视觉注意力锁定在更有价值的目标区域，从而大大提高其视觉系统的图像分析速度和目标捕获的准确度。仓鸮的视觉系统通过视觉选择性注意机制，对周围大量的环境信息做出分析，选取感兴趣的特定区域，将该区域移送至具有高分辨率的视网膜中央凹区，进行精细分析处理，确保视觉系统能在处理大量信息的同时对周围环境做出准确反应。研究表明仓鸮眼的离中投射可能有选择地提高视网膜对视野中更大范围内的一些特定物体的敏感性，离中枢通路通过投射到视网膜的目标细胞上，加强视野中某个特定区域的视觉反应或者将视觉注意转移到视野中某个特定的区域。这种投射作用可以保证目标区域拥有高分辨率，即仓鸮眼中央凹能够对准目标区域。利用仿仓鸮眼视觉注意机制能够快速预定位目标，为后续处理提供指导，以提高目标的感知概率，同时减少后续计算时间。因此，本发明从仓鸮的视觉机理出发，研究仓鸮的视觉注意机制，提取可能包含无人机的区域，然后对合作标识进行进一步的识别，进而使用位姿估计算法计算无人机之间的相对位置及距离，为无人机编队提供相对导航信息。此外，本发明搭建了无人机空中验证平台对本发明所提出的基于仿仓鸮眼视觉注意的无人机自主编队精准测量方法进行了验证。

三、发明内容

1、发明目的：