[发明专利]一种直升机精准着陆及动态位姿调整视觉辅助方法

权利要求书

1.一种直升机精准着陆及动态位姿调整视觉辅助方法，包括如下步骤：

S1.合作地标设计，具体包括如下步骤：

步骤S1.1选用椭圆为主体的合作地标图案；

步骤S1.2嵌套椭圆个数、最小椭圆尺寸根据着陆起始高度和最低高度要求与成像器视场参数计算确定，确保着陆最低高度时最小和次小椭圆不出视场；

步骤S1.3由大到小嵌套椭圆间留距离，防止成像模糊或成像远距离时椭圆粘连；

步骤S1.4该地标为黑白两色，最大椭圆的外接矩形主体设置为黑色，黑白相间设置颜色；

S2.合作地标检测识别，具体包括如下步骤：

S2.1灰度直方图检测大致区域

灰度直方图是一个二维图，横坐标表示灰度值，纵坐标表示具有各个灰度值或者灰度级别的像素在图像中出现的次数或者概率；

S2.2 HU不变矩评分

图像函数f(x,y)，其p+q阶几何矩定义为：

p+q阶中心矩定义为：

其中和代表图像的重心，x,y分别代表该像素点的横纵坐标

归一化中心距定义为：

其中ρ＝(p+q)/2+1；

利用二阶和三阶归一化中心矩构造7个不变矩，这7个不变矩构成一组特征量；

计算按灰度直方图检测得到多个可能结果的HU不变矩与合作地标原图HU不变矩相比的评分，得到置信区间；随后用自适应阈值分割的方法取该区域，计算自适应阈值并最终得到准确完整的分割结果；

S2.3连通域检测

得到分割结果后，通过连通域检测后控制连通域大小并做椭圆拟合来滤除虚警；

S2.4椭圆拟合

椭圆拟合的方法选择最小二乘法，即通过最小化约束条件4ac-b²＝1来最小化距离误差；首先引入拉格朗日乘子法获得等式组，最后求解等式组得到最优的拟合椭圆；

方程组的构建首先根据椭圆方程：

ax²+bxy+cy²＝1  (6)

令a＝[a,b,c,d,e]^T，x＝[x² xy y² x y]^T，其中a,b,c,d,e为椭圆方程系数，则方程表示为ax＝1；拟合椭圆表示为：

min||Da||²  (7)

其中D表示数据样本集合n×6，6表示维度，n表示样本数；a表示椭圆方程的参数；根据拉格朗日乘子法，引入拉格朗日因子λ，得：

2D^TDa-2λCa＝0 (8)

a^TCa＝1 (9)

令S＝D^TD，方程改写为：

Sa＝λCa (10)

a^TCa＝1 (11)

求解方程Sa＝λCa的特征值和向量(λ_i,u_i)，其也是方程的特征解，其中μ为任意实数；而根据方程a^TCa＝1，找到一个μ，使得μ²u_i^TCu_i＝1，即：

最后令取λ_i＞0对应的特征向量u_i，即作为曲线拟合的方程解。

2.如权利要求1所述的视觉辅助方法，其特征在于，所述步骤S1.1中椭圆长短轴比例不限，最大椭圆长轴尺寸接近直升机尺寸。

3.如权利要求1所述的视觉辅助方法，其特征在于，所述步骤S1.3中最小椭圆中心在全图中的位置根据目标着陆点而定，嵌套各个椭圆的长轴在一条直线上，依次由小到大嵌套椭圆，每个椭圆中心在保证椭圆不粘连情况下向一个方向偏，由此确保着陆点的方向性，即由相邻椭圆中大的椭圆中心指向小的椭圆中心。

4.如权利要求1所述的视觉辅助方法，其特征在于，所述步骤S2.3包括如下步骤：

S2.3.1逐行扫描图像，我们把每一行中连续的白色像素组成一个序列称为一个团(run)，并记下它的起点start、它的终点end以及它所在的行号；

S2.3.2对于除了第一行外的所有行里的团，如果它与前一行中的所有团都没有重合区域，则给它一个新的标号；如果它仅与上一行中一个团有重合区域，则将上一行的那个团的标号赋给它；如果它与上一行的2个以上的团有重叠区域，则给当前团赋一个相连团的最小标号，并将上一行的这几个团的标记写入等价对，说明它们属于一类；

S2.3.3将等价对转换为等价序列，每一个序列需要给一个相同的标号，因为它们都是等价的，从1开始，给每个等价序列一个标号；

S2.3.4遍历开始团的标记，查找等价序列，给予它们新的标记；

S2.3.5将每个团的标号填入标记图像中；

S2.3.6结束。