[发明专利]一种适用于无人机室内自主降落的位姿估计方法

摘要

本发明公开的一种适用于无人机室内自主降落的位姿估计方法，包括以下步骤：1)图像采集步骤；2)直线段检测步骤；3)合作标志识别步骤；4)相对滚转角估计步骤；5)相对高度估计步骤。本发明采用一种基于单目测量新型合作标志的相对位姿估计方法，可以为无人机自主降落等任务提供滚转角和相对高度等信息，并设计了一种新型合作标志，无需色彩信息，具有指向性，且适用于不同距离情况下的测量，利用一个摄像机对合作标志进行成像，降低了系统复杂度，算法求解上耗时更少，本发明可用于无人机需要定向定位的场合。

主权项

1.一种适用于无人机室内自主降落的位姿估计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)图像采集步骤，当无人机飞行到合作标志正上方并开始缓慢垂直降落的过程中，固定设置在无人机下方的单目相机对包含合作标志的区域进行采集，得到图像I，图像尺寸宽度为M，高度为N，其中单目相机内参数已标定，焦距f、x和y方向单个像元物理尺寸d_x和d_y均为已知；2)直线段检测步骤，利用基于梯度生长的直线段检测方法对图像I进行直线段检测，并将长度小于阈值的直线段忽略，将检测出的直线段表示为{l₁,l₂,…,l_m}；3)合作标志识别步骤，规定一由五条等长的直线段组成的类似于正方形结合三角形的五边形合作标志，并利用检测出的{l₁,l₂,…,l_m}，求解出外圈五个顶点的二维坐标{p₁(x₁,y₁)、p₂(x₂,y₂)、p₃(x₃,y₃)、p₄(x₄,y₄)、p₅(x₅,y₅)}或者内圈五个顶点的二维坐标{p_A(x_A,y_A)、p_B(x_B,y_B)、p_C(x_C,y_C)、p_D(x_D,y_D)、p_E(x_E,y_E)}；4)相对滚转角估计步骤，构建无人机机体坐标系O_UX_UY_UZ_U和降落点坐标系o_cx_cy_cz_c，在计算机图像坐标系中计算由求解出的五点坐标计算出无人机机体坐标系相对于降落点坐标系的相对滚转角ψ；5)相对高度估计步骤，由五点坐标求解出计算机图像坐标系中已识别出的合作标志的面积S_i，并根据其与合作标志物理面积的比值大小求解出相对高度h。