[发明专利]一种基于二维码阵列的室内无人机定位方法

说明书

本发明提供一种基于二维码阵列的室内无人机定位方法，包括以下步骤：S1、无人机获取并执行起飞指令，通过图像采集组件采集地面图像并对AprilTag进行识别；S2、图像采集组件传输AprilTag信息至上位机，上位机基于AprilTag信息进行世界坐标系转换，获得无人机定位信息及飞机轨迹并进行可视化。本发明在二维码识别方面，采用AprilTag二维码，其复杂程度一般，具有识别错误率低，识别速度快等特点，使得本方法不需要具备很高算力的CPU，仅依靠单个摄像头即可进行定位，并且可在室内取得较好的定位效果。

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域，尤其涉及一种基于二维码阵列的室内无人机定位方法。

背景技术

无人机应用场景非常广泛，在室外可用于探测地形、送快递、以及农业施肥等，在室内可进行无人机编队协作、室内探索救援等。随着应用场景变得越来越复杂，无人机定位技术也变得越来越重要，目前室内定位技术越来越成熟，已经出现了UWB定位、WIFI定位、蓝牙定位、二维码定位以及SLAM定位等方案，但是在无人机上室内定位仍然是一个热点问题，尤其在中小型无人机上，本身设备算力以及续航能力都受到了限制，这造成不少定位方案无法在这种类型的无人机上有效实施。现有的无人机室内定位技术中，基于蓝牙的定位受环境干扰大，且不能遮挡设备。基于UWB的定位方案在无人机上有所应用，但是最少需要3个基站，且信号传播会受到墙壁、天花板、门、人等障碍物的阻挡，导致信号发生反射、折射、衍射现象，发射信号经过不同的时间、不同路径到达UWB接收端，最终造成UWB精度降低，需要较复杂的算法进行滤波以及优化。基于视觉SLAM的定位方案在运行的过程中占用CPU大量资源，需要比较强悍的CPU才能实时运行，设备成本高，技术难度大，且需要环境纹理特征丰富，而室内无人机的俯视视角的纹理特征并不是特别丰富，所以一般的SLAM算法并不完全适用于无人机俯视视角，且定位轨迹容易漂移。采用三维激光雷达来进行建图与定位，其成本昂贵，且重量大，对无人机要求极高。

发明内容

鉴以此，本发明的目的在于提供一种基于二维码阵列的室内无人机定位方法，对无人机的硬件要求低且可行性较高，以克服或至少部分解决现有技术所存在的上述问题。

一种基于二维码阵列的室内无人机定位方法，包括以下步骤：

S1、无人机获取并执行起飞指令，通过图像采集组件采集地面图像并对AprilTag进行识别；

S2、图像采集组件传输AprilTag信息至上位机，上位机基于AprilTag信息进行世界坐标系转换，获得无人机定位信息及飞机轨迹并进行可视化。

进一步的，当无人机接收到上位机发送的AprilTag ID时，判断图像采集组件所识别AprilTag ID是否包含所接收AprilTag ID，若包含则悬停于所接收AprilTag ID对应的AprilTag上方，否则根据光流传感器采集数据进行悬停。

进一步的，所述通过图像采集组件对AprilTag进行识别包括步骤：边界分割、检测矩形、求解相机姿态、AprilTag编解码。

进一步的，所述求解相机姿态为通过单应矩阵求解相机姿态，或通过PnP算法求解相机姿态。

进一步的，通过单应矩阵求解得到相机姿态T后，采用非线性优化算法求解光束法平差，具体包括以下步骤：

S11、给定初始变换矩阵和阻尼因子μ，通过公式(J^TJ+μI)Δx＝-J^Te进行迭代计算，其中J为2*6雅克比矩阵，e为误差函数；

S12、计算阻尼因子ρ，表达式为：

当ρ0.75，μ＝μ*2，接受本次更新x_new；当ρ0.75，μ＝μ/3，拒绝本次更新x_new；