CN102991681A

CN102991681A - 无人机视觉着陆系统中地面目标识别方法

Info

Publication number: CN102991681A
Application number: CN 201210568353
Authority: CN
Inventors: 成怡
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2013-03-27

Abstract

本发明研究一种无人机视觉着陆系统中地面目标识别方法。解决无人机视觉着陆系统中地面目标识别问题，利用地面目标的颜色及形状作为识别特征，准确识别地面目标，并结合几何定位算法，根据无人机的位置及机载相机获得的地面目标图像，解算出地面目标的位置坐标。本发明研究的无人机视觉着陆系统中地面目标识别方法，正是为了适合中小型无人机的微型化及低成本的特点，具有理论与实用价值。

Description

无人机视觉着陆系统中地面目标识别方法

技术领域

本发明属于视觉导航领域，涉及一种无人机视觉着陆系统中地面目标识别方法研究。

背景技术

无人机(UAV)在军事上和民用上的作用日趋重要，着陆是它的一个重要部分，现在无人机广泛采用的着陆系统(ILS)，即需要地面控制台也需要机载设备，而对于小型无人机，机载设备受到重量和体积的限制，GPS导航的使用具有一定的环境局限性，所以要求无人机的导航设备采用无源、便于携带的传感器，目前大量使用的是小型惯性导航系统，并辅助与相机或是测高仪。目前的着陆技术主要是基于GPS和测高仪，如UCARS和TALS着陆系统。视觉着陆系统越来越受到人们的关注，因为它只采用相机和必要的视觉处理单元，就能识别出路径或地面标记，从而引导无人机着陆。

本发明研究如何识别地面标记，并结合无人机的位置及地面标记的图像，解算出地面标记的位置坐标，为下一步引导无人机着陆作准备。正是为了适合中小型无人机微型化及低成本的特点，具有理论与实用价值。

发明内容

本发明研究一种无人机视觉着陆系统中地面目标识别方法。解决无人机视觉着陆系统中地面目标识别问题，利用地面目标的颜色及形状作为识别特征，准确识别地面目标，并结合几何定位算法，根据无人机的位置及机载相机获得的地面目标图像，解算出地面目标的位置坐标。主要内容如下：

1)地面目标识别

2)地面目标位置解算

具体实施方式

主要环节的具体设计思路如下：

(1)地面目标识别

引导无人机着陆的地面目标要求在满足两个方面的要求：从无人机的各个方向捕捉的影像投影要一致，其次它的颜色与周围环境明显不同。这些决定在选择无人机着陆地面标记时选择半圆形状标记，颜色鲜明如红色、黄色等，下面以红色为例说明地面目标识别的方法。

步骤1：颜色识别。像素在图像坐标中的颜色由三个整数表示(I_R，I_G，I_B)，从0到255。图像中的每个像素是否属于红色受到光线条件、阴影、噪声的影响，采用滤波的方式识别地面目标颜色，滤波方法如下：

aI_B＜I_R≤255

bI_G＜I_B≤255 (1)

0＜c≤I_R

其中a，b，c为门限值，根据你选择的地面目标颜色的深浅而定，可反复试验调整。

步骤2：形状识别。如果从背景中提取出相同颜色的不同形状的物体，如何识别出地面的标记？由于形状不规则的物体在不同角度、不同距离的目标图像中的投影是不一样的，而圆形标记对于平移、旋转与尺寸具有不变性，所以，连续的4级地标投影的形状如果连续不变，则识别出地标的概率很高，增加投影图像的级数，则识别的概率更高。即通过图像的不同时刻运动识别，从而识别地标。

(2)地面目标位置解算

地面目标的位置可由下面的几何公式计算：

X_{T}^{S} = X_{T / C}^{S} + X_{C / B}^{S} + X_{B}^{S}

= R^{S / B} R^{B / C} X_{T / C}^{C} + R^{S / B} X_{C / B}^{B} + X_{B}^{S}

(2)

= {kR}^{S / B} R^{B / C} w_{T}^{C} + R^{S / B} X_{C / B}^{B} + X_{B}^{S}

其中k＞0，

为相机的方向矢量。

是欧拉角平移矩阵，S和B分别为局部坐标和载体坐标，

是惯导系统的位置估计。通过坐标变换，基于无人机的惯导位置坐标，解算出地面目标的位置坐标。

本发明的优点在于，视觉引导无人机着陆，由颜色和形状识别标记，并结合无人机的惯导系统给出的无人机位置坐标，解算出地面标记的位置坐标，为引导无人机着陆作准备。本研究具有一定的理论和学术价值，具有良好的应用前景。

Claims

1.一种无人机视觉着陆系统中地面目标识别方法。其特征在于(1)解决无人机视觉着陆系统中地面目标识别问题；(2)利用地面目标的颜色及形状作为识别特征，准确识别地面目标，并结合几何定位算法，根据无人机的位置及机载相机获得的地面目标图像，解算出地面目标的位置坐标，为引导无人机着陆做准备。

2.根据权利要求1所述的一种无人机视觉着陆系统中地面目标识别方法，其特征在于，利用颜色和形状这两个特征识别地面目标。

3.根据权利要求1所述的一种无人机视觉着陆系统中地面目标识别方法，其特征在于，基于机载相机获得的地面目标图像及无人机位置，采用几何定位算法，解算地面目标坐标。