[发明专利]一种基于视觉的无人机自主降落的导航信息解算方法

说明书

本发明涉及一种基于视觉的无人机自主降落的导航信息解算方法，该方法包括如下步骤：(1)设计并制作地标，将地标张贴在降落平台上；(2)将降落平台上的地标作为检测目标，保持无人机的摄像头垂直向下，持续拍摄检测目标图像；(3)对检测目标图像进行预处理；(4)基于预处理的检测目标图像进行目标检测；(5)根据检测到的目标图像解算导航信息。与现有技术相比，本发明解决了无人机高度变换视野丢失问题，并且根据地标的几何特征解算导航信息，计算过程简单，增强了算法的实时性。

技术领域

本发明涉及一种无人机自主降落的导航信息解算方法，尤其是涉及一种基于视觉的无人机自主降落的导航信息解算方法。

背景技术

近年来，无人机技术迅速发展，由于无人机具有自主化、智能化等特点，它在军事、商业、生活等领域的应用日益广泛。成功检测、跟踪目标以及自主着陆对进一步提高无人机自主化、智能化具有重大意义。为实现这一目标，传统方法通常是采用全球定位系统(Global Positioning System,GPS)和惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)组合的方式。然而，这种方法难以确保降落时的降落精度，而且GPS信号容易受到干扰，增加了在复杂环境中着陆的事故率。

与传统方法相比，基于视觉的导航系统具有很强的抗干扰能力，视觉传感器可以实时捕捉外部环境中的运动信息。因此，基于视觉导航实现无人机自主着陆成为一个热门的研究方向。目前有很多关于视觉导航的研究，然而这些方法应用于无人机降落的导航信息解算时存在一定的局限性，主要体现在如下两个方面：

其一，诸如模板匹配、多目视觉等方法计算量大、处理速度慢，实时性差。

其二，在降落过程中，无人机的视野中的视觉标识尺寸和形状会发生变化，甚至一部分标识不在视野内，无人机无法识别出降落标志，导致降落失败。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于视觉的无人机自主降落的导航信息解算方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于视觉的无人机自主降落的导航信息解算方法，该方法包括如下步骤：

(1)设计并制作地标，将地标张贴在降落平台上；

(2)将降落平台上的地标作为检测目标，保持无人机的摄像头垂直向下，持续拍摄检测目标图像；

(3)对检测目标图像进行预处理；

(4)基于预处理的检测目标图像进行目标检测；

(5)根据检测到的目标图像解算导航信息。

所述的地标由外到内由5个黑白相间的图形嵌套组成，最外两个图形是正方形，中间两个图形是等边三角形，最内的图形是正方形，所有图形的中心分布在同一条轴线上，由外向内的5个图形的面积比为32：16：4：2：1。

步骤(3)具体为：

(31)将拍摄的每一帧检测目标图像缩放至宽度为w，高度为h，计算第i帧目标图像的中心点(x_ic，y_ic)：

(32)对每一帧检测目标图像经灰度化处理，再经过高斯平滑去除噪声；

(33)针对每一帧检测目标图像，将图像二值化处理成黑白图像：

其中，img(x,y)为二值化处理前像素点(x，y)的灰度值，img′(x,y)为二值化处理后像素点(x，y)的灰度值，threshold为二值化阈值。

二值化处理过程中通过动态阈值方法设定二值化阈值。