[发明专利]一种基于视觉的无人机机库多阶段精确降落方法

说明书

本发明公开了一种基于视觉的无人机机库多阶段精确降落方法。无人机飞至机库上方空域，机库停机坪上有降落标志，通过机载摄像机向下俯视采集图像，实时控制自主降落：第一阶段，图像识别得降落标志中的正方形，调整水平位置，再降落；降落中图像内不能完整捕捉到正方形，则进入第二阶段；第二阶段，识别降落标志中的同心圆和航向角参考线，用同心圆调整平位置，用航向角参考线调整航向，继续降落；在降落到预设高度阈值以下时，不再调整直接降落，直至无人机降落至机库的停机坪上。本发明方法可使无人机降落过程中能够全程准确定位无人机机库的降落点位置，引导无人机实现机库的定点降落。

技术领域

本发明属于无人机控制技术领域的一种无人机降落方法，尤其涉及了一种基于视觉的无人机机库多阶段精确降落方法。

背景技术

目前无人机机库降落多采用RTK定位或采用一个H形标记图像进行辅助降落，存在以下几点局限性：

1、虽然RTK定位精度误差小(10cm)，但是易被干扰且RTK信息容易出现丢失，这会导致无人机机库降落误差较大，从而导致无人机降落到机库外；

2、只有一个标记图像，需要将相机采集该标记的整体图像，识别图像中心点,才能实现精确降落,即需要将相机对准该标记才能实现精确降落。但是，当无人机飞行高度较大时，为了相机能够采集到标记的整体图像，标记图像的面积一般较大；当无人机下降到一定高度后相机便无法采集该标记的整体图像，导致无法识别图像中心点，无人机会在空中相对降落点出现尺度漂移等情况。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于视觉的无人机机库多阶段精确降落方法，使四旋翼无人机实现自主精准的降落在机库停机坪上，以对其进行固定保护、充电续航以及移动运载。

本发明的技术方案为：

无人机飞至机库上方的空域，机库的停机坪上布置有无人机机库降落标志，并开始通过无人机的机载摄像机向下俯视采集图像，根据图像实时控制进行自主降落：

第一阶段，通过图像识别获得降落标志中的正方形，根据正方形来调整无人机的水平位置，调整后进行下降降落；随着无人机高度下降，图像内不能完整捕捉到正方形，即图像内无法识别出完整的正方形，此时进入无人机机库自主降落第二阶段；

第二阶段，识别降落标志中的同心圆和航向角参考线，根据同心圆调整无人机的水平位置，根据航向角参考线调整无人机的航向，调整后继续进行降落；当无人机降落到预设的高度阈值以下时，不再调整无人机的水平位置和航向，直接降落，直至无人机降落至机库的停机坪上。

所述的无人机机库降落标志主要由正方形、两个同心圆组成，两个同心圆均布置在正方形的正中央且同心布置，两个同心圆直径大小不同，较小的同心圆划分为两个半圆；两个半圆的填色不同，其中一个半圆和两个同心圆之间圆环的填色相同，另一个半圆和正方形的填色相同。

具体实施中，两个半圆的填色用黑色和白色划分。

所述的正方形为黑色，两个同心圆之间的圆环采用白色，同心圆由一个黑色半圆和一个白色半圆构成，黑色半圆和白色半圆之间形成一条黑白分明的分界线作为航向角参考线。

所述的第一阶段中，根据正方形来调整无人机的水平位置，具体为：

通过图像识别检测到正方形的质心位置C₁(u_square，v_square)，并将质心位置C₁的坐标值与图像的中心点P₀(u₀，v₀)对应坐标值进行运算得到图像平面坐标系下的坐标值P_i(x_i，y_i)作为无人机中心与降落标志中心在像平面坐标系中的偏差，