[发明专利]一种基于图像处理的无人机精确着陆方法

权利要求书

1.一种基于图像处理的无人机精确着陆方法，其特征在于，包括：

建立无人机摄像头与地面标记之间的位置关系模型；

根据所述地面标记在图像中的位置及所述位置关系模型，利用线性变换计算得出所述无人机摄像头相对所述地面标记的三维坐标与方位角度信息；

将所述无人机摄像头相对所述地面标记的三维坐标与方位角度信息经过旋转、平移操作转换到世界坐标系；

该方法之前还包括：

利用GPS导航使无人机处于所述地面标记附近并读取所述无人机摄像头；

获取所述地面标记在图像中的位置；

还包括：

飞控中心根据获取的高度数据以及所述无人机摄像头相对所述地面标记的实时三维坐标与方位角度信息，向无人机发送调整命令，利用获取的坐标进行着陆；

所述获取地面标记在图像中的位置的过程包括：

将所述无人机摄像头拍摄的彩色图转换为灰度图并进行二值化，利用canny边缘检测算法完成边缘检测；

对边缘图进行分析，记录每个轮廓分别与同级轮廓及上下级轮廓的关系，分理出满足条件的轮廓，所述满足条件的轮廓是指下级轮廓数大于阈值T的轮廓；

计算所述满足条件的轮廓与相应子轮廓的矩形外接框，通过自身比例、上下级轮廓的比例确定是否是地面标记的轮廓；

检测标记图中白色区域边侧的三个点，并通过所述三个点之间的位置关系来区分所述三个点；

结合所述三个点及所述三个点之间的位置关系，确定对应关系，从而获取地面标记在图像中的位置；

建立无人机摄像头与地面标记之间的位置关系模型的过程包括：

设定无人机摄像头坐标系为X_cY_cZ_c，其中，O_c为原点，即相机光心位置，地面标记放在地平面λ上；

设定世界坐标系为X_wY_wZ_w，O_w为世界坐标原点，Z_w垂直于地平面λ，原点设置在地面标记的中央位置，地面标记位置固定不动，从而得到无人机摄像头坐标与世界坐标间关系如下：

其中，R是3×3的旋转矩阵，t是3×1的平移矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的无人机精确着陆方法，其特征在于，所述计算得出所述无人机摄像头相对所述地面标记的三维坐标与方位角度信息的过程包括：

将像素坐标u-v转换到图像坐标x-y，像素坐标中每个像素在u-v坐标系中的尺寸分别为d_x、d_y，u₀、v₀是像素平面的中心，即可得到：

根据相机成像原理，得到即：

其中，x，y是像平面坐标系中点的坐标，f为相机的焦距，X_c、Y_c、Z_c是相机坐标系下点的坐标；

将图像坐标u-v对应到世界坐标X_wY_wZ_w，即可得到：

3.根据权利要求2所述的一种基于图像处理的无人机精确着陆方法，其特征在于，所述将无人机摄像头相对所述地面标记的三维坐标与方位角度信息经过旋转、平移操作转换到世界坐标系的过程包括：

选择地面标记中的四个点A、B、C、D，检测所述四个点在图像中的位置，计算出无人机摄像头的旋转矩阵和平移矩阵；

获取世界坐标系原点在无人机摄像头坐标系中的坐标；

将无人机摄像头坐标系旋转到与世界坐标平行，首先绕Z轴旋转θ_z，然后绕Y轴旋转θ_y，最后绕X轴旋转θ_x，其中θ_x、θ_y、θ_z由所述旋转矩阵得到；

利用所述平移矩阵将两坐标系原点重合，最终获取无人机摄像头在世界坐标系的三维坐标。