[发明专利]一种基于机场跑道的无人机视觉定位方法及装置有效

专利信息
申请号: 202110439124.X 申请日: 2021-04-23
公开(公告)号: CN113295164B 公开(公告)日: 2022-11-04
发明(设计)人: 彭钧;刘紫微;金曦;杨坤;王喆;徐宇 申请(专利权)人: 四川腾盾科技有限公司
主分类号: G01C21/20 分类号: G01C21/20;G06T7/73
代理公司: 成都九鼎天元知识产权代理有限公司 51214 代理人: 曹洋苛
地址: 610000 四川省成都市金牛高*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 机场 跑道 无人机 视觉 定位 方法 装置
【权利要求书】:

1.一种基于机场跑道的无人机视觉定位方法,其特征在于,包括步骤:

利用摄像单元获取跑道视觉图像;

建立视觉图像与摄像单元坐标系的映射关系;

获取摄像单元的姿态信息,然后识别视觉图像中跑道两侧的边线和中线,然后依据摄像单元的姿态信息、视觉图像与摄像单元坐标系的映射关系对所获得跑道视觉图像进行变换,获得摄像单元光轴与跑道方向平行的变换图像;

在变换图像中,以跑道一侧边线的最低点起始点做水平线,该水平线与跑道两侧边线所在直线分别交于A点、B点;将跑道两边线所在直线交点视为处于无穷远投影点,并以该交点为起始点做与所述水平线相交的垂线;

依据公式在跑道实际宽度已知时,获得摄像单元视点相对于跑道的高度;然后依据摄像单元视点相对于跑道的高度,判断飞行器是否已起飞或已降落;

或者依据公式在摄像单元视点相对于跑道的高度已知时,获得跑道实际宽度;

其中,Ho为摄像单元视点相对于跑道的高度,h为所述变换图像中垂线的长度,w为跑道实际宽度,d为变换图像中水平线上AB段的长度;

所述摄像单元的姿态信息包括摄像单元的俯仰角θ、偏航角ψ和滚转角φ;

所述步骤建立视觉图像与摄像单元坐标系的映射关系,包括步骤:

以x轴为摄像单元水平方向,y轴为摄像单元垂直方向,z轴为摄像单元光轴方向定义摄像单元坐标系Oxyz;位于坐标系中(x,y,z)处的物点在视觉图像上位置为(u,v),则有:

其中,u0、v0、fx、fy为摄像单元内参,K为摄像单元内参矩阵;

所述步骤获取摄像单元的姿态信息并识别视觉图像中跑道两侧的边线和中线,然后依据摄像单元的姿态信息、视觉图像与摄像单元坐标系的映射关系对所获得跑道视觉图像进行变换,获得摄像单元光轴与跑道方向平行的变换图像,包括步骤:

使摄像单元与飞行器固定,飞机器获得自身的实时姿态信息,从而获得摄像单元的实时姿态信息;

消除视觉图像的滚转角及垂直水平相差,以光轴中心为坐标原点:

识别出视觉图像中跑道边线和中线,将跑道边线视为两条直线,在视觉图像中两条跑道边线的交点处于无穷远投影点,设该交点为P(u′p,v′p),则摄像单元相对跑道的偏航角和俯仰角分别为:

Δθ=-atanv′p

Δψ=-atan(u′pcosΔθ);

然后通过变换消除视觉图像中摄像单元相对跑道的俯仰角和偏航角:

从而获得摄像单元光轴与跑道方向平行的变换图像;

其中,m=cosΔψ(cosΔθ-v′sinΔθ)-u′sinΔψ,以使矢量的第三分量等于1。

2.如权利要求1所述一种基于机场跑道的无人机视觉定位方法,其特征在于,获取飞机相对跑道中线偏距,具体包括以下步骤:

确定摄像单元、飞机器的相对安装位置;

获取所述摄像单元的视点相对跑道中线的偏距;

依据摄像单元视点与跑道中线的偏距、摄像单元、飞行器的相对安装位置获取飞机相对跑道中线的偏距。

3.如权利要求2所述一种基于机场跑道的无人机视觉定位方法,其特征在于,所述步骤获取所述摄像单元的视点相对跑道中线的偏距包括步骤:

在变换图像中,依据公式:

而获取摄像单元视点相对跑道中线的偏距;

其中,So为所述摄像单元视点相对跑道中线的偏距,s为变换图像中所述水平线与跑道中线交点C点和水平点与垂线交点D点之间的间距。

4.如权利要求3所述一种基于机场跑道的无人机视觉定位方法,其特征在于,在所述摄像单元、飞行器的相对安装位置为:所述摄像单元安装在飞行器的中面上时,所述摄像单元视点相对跑道中线的偏距即为飞行器相对于跑道中线的偏距。

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