[发明专利]基于单目视觉的位姿识别方法

说明书

一种基于单目视觉的位姿识别方法，包括的步骤：(1)在被识别固定翼飞行器上安装红外光灯组；(2)用摄像头去拍摄被识别固定翼飞行器的状态；(3)图像预处理；(4)根据灰度化公式，对获取的RGB图像进行灰度化处理；(5)采用Otsu阈值分割法对图像进行二值化处理；(6)图像滤波；(7)获得四个光点质心的像素坐标；(8)采用EPnP算法获取被识别固定翼飞行器的位姿。本发明的优点是：对被识别固定翼飞行器标志光点质心坐标提取算法的精度、抗干扰能力以及计算效率都有了明显提高，同时改进了视觉测量算法实现细节，在速度和抗干扰能力上都有着显著的优势。经过仿真和模拟实验表明，该算法在位姿的测量上具备较高的精度。

技术领域

本发明涉及一种基于单目视觉的位姿识别方法，用于对固定翼飞行器的近距离的单目视觉的位姿识别。

背景技术

位姿识别是指利用视觉等传感器获取的信息，从中估计目标固定翼飞行器与传感器的距离与姿态，这种技术是智能化设备与环境交互应用的关键组成部分之一。

在国外计算机视觉进行位姿识别的算法发展的历史很长，目前的位姿识别算法可以满足空中加油的精度，部分国家使用的CCD相机进行视觉传感器导航系统的搭建，虽然精度高但是会出现位姿模糊的问题。我国的机器视觉的研究虽然起步较晚，但是也有着诸多丰富的成果，北京航空航天大学的谢洪文学者提出了基于双目视觉的近距离对接方式，其中也使用了相关的辅助标志的方法，用轮廓跟踪法检测目标的辅助标志，最后采用空间中的圆拟合法进行受油机与锥套的相对位姿估计。实验表明，这种位姿识别的方法在近距离对接之时具备极高的精度和较强的抗干扰能力，但是在中远距离对接时的误差较大。

发明内容

本发明提供一种基于单目视觉的位姿识别的方法，能够通过算法对摄像头获取的图像进行识别，获取被识别固定翼飞行器相对于摄像机的横向距离、水平距离、纵向距离和偏转角、滚转角、俯仰角等参数，以解决现有技术存在的在中远距离对接时误差较大的问题。

本发明的技术方案是：

一种基于单目视觉的位姿识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)至少设置四个红外光灯：在固定翼飞行器的两个机翼上与机身中轴线距离相等的地方，安装两个红外光灯，要求这两个红外光灯与机身中轴线的垂点重合；在机身中轴线靠近尾部的地方放置第三个红外光灯，在机身中轴线靠近头部的地方放置第四个红外光灯；在远离被识别固定翼飞行器处设置摄像头，在该摄像头的镜头上设有能够允许红外光灯发射的红外光线通过的带通滤光片；

(2)用摄像头去拍摄被识别固定翼飞行器的状态：开启红外光灯组和摄像头，由所述的红外光灯组映射到摄像头；

(3)图像预处理：对拍摄的图像进行预处理，最终获得一张底色与光点颜色相异的图像；

(4)获取光点的质心像素位置：对经过图像预处理的图像，使用基于椭圆拟合法改良的质心定位算法得到光点的边缘形状和光点的质心的像素位置；

(5)获取固定翼飞行器位姿：根据质心像素位置，采用传统的EPnP算法获取被识别固定翼飞行器的位姿。

所述的步骤(1)中：因固定翼飞行器机身设计的多样性，机体表面情况不适合安装红外光时，则在不合适安装红外光灯的位置对称安装两个红外光灯，代替该位置应安装的红外光灯；然后通过算法取这两个红外光点的像素坐标的中点，此时这个中点代表该位置应安装的红外光灯的像素坐标。

所述的步骤(2)的具体方法为：用摄像头去拍摄被识别固定翼飞行器的状态时，需要先同时开启红外光灯组，本方法适用于近距离位姿识别，所以整个过程中需要保证摄像头可以拍摄到红外光灯组；

所述的步骤(3)的图像预处理包括以下步骤：

(a)灰度化处理：根据灰度化公式，对获取的RGB图像进行灰度化处理，将图像转换成灰度图；