CN103175524B - 一种无标识环境下基于视觉的飞行器位置与姿态确定方法 - Google Patents
一种无标识环境下基于视觉的飞行器位置与姿态确定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103175524B CN103175524B CN201310054998.9A CN201310054998A CN103175524B CN 103175524 B CN103175524 B CN 103175524B CN 201310054998 A CN201310054998 A CN 201310054998A CN 103175524 B CN103175524 B CN 103175524B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aircraft
- block
- attitude
- point
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- PXFBZOLANLWPMH-UHFFFAOYSA-N 16-Epiaffinine Natural products C1C(C2=CC=CC=C2N2)=C2C(=O)CC2C(=CC)CN(C)C1C2CO PXFBZOLANLWPMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Navigation (AREA)
Abstract
本发明提出了一种无标识环境下基于视觉的飞行器位置与姿态确定方法,其包括如下步骤:探测特征点或特征块,并在通信信号和外界定位信号良好的情况下,确定参考点或参考块;在通信信号和外界定位信号受阻或不能使用的情况下,重新探测特征点或特征块;将上述步骤中探测的特征点或特征块与参考点或参考块进行匹配,确定飞行器的位置和姿态。本发明使飞行器在通信及定位信号受阻的情况下,在缺少飞行区域的地理信息时,应用携带的成像系统能够准确地进行飞行器的位置及姿态确定,为飞行器的安全飞行提供保障。另外,本发明也可以结合陀螺仪、测距机、惯性测量单元等传感器进一步提高精度,亦可结合此方法进行飞行器的自主导航。
Description
技术领域
本发明涉及计算机视觉技术领域,特别涉及一种无标识环境下基于视觉的飞行器位置与姿态确定方法。
背景技术
目前,典型的无人机飞行控制有两种方法:一是通过通信链路进行远距离的地面或空中指挥平台进行人工控制实现自动飞行,另一种是地面站规划航线进行自动飞行,这两种方法往往都需要定位卫星提供位置信息。但是,在某些条件下,会发生通信信号、卫星定位信号受阻或缺失的情况,例如有意干扰、近地或在峡谷里飞行、有建筑物遮挡或是在室内,这些情况将导致无人机失去或暂时失去控制。此时,需要采取一定的措施保证无人机安全飞行,其中一个关键的问题是无人机要有能力自行确定自己的位置和姿态。目前,现有技术中对类似问题有如下解决方法:一种解决方法是飞行器利用机载的成像器件采集图像,然后与其所携带的飞行区域参考地图进行匹配等相关处理,从而确定飞行器的位置或相对位置及姿态。另一种解决方法是在飞行区域事先设置有已知准确坐标的标识物,飞行器在机载设备生成的图像上寻找这些标识物,并进行相关处理,以确定自己的位置或相对位置及姿态。
虽然上述方法能够有效地解决无人机等飞行器在丢失通信及外界定位信号时的位置及姿态确定等问题,但都需要对飞行区域有足够多的信息,如参考地图、人工标识等信息,因而不适用于缺少地理信息的飞行环境,如敌对地域、陌生地域、环境改变等地域的飞行。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题,特别创新地提出了一种无标识环境下基于视觉的飞行器位置与姿态确定方法。
为了实现本发明的上述目的,本发明提供了一种无标识环境下基于视觉的飞行器位置与姿态确定方法,其包括如下步骤:
S1:探测特征点或特征块,并在通信信号和外界定位信号良好的情况下,确定参考点或参考块;
S2:在通信信号和外界定位信号受阻或不能使用的情况下,重新探测特征点或特征块;
S3:将步骤S2中探测的特征点或特征块与步骤S1中确定的参考点或参考块进行匹配,确定飞行器的位置和姿态。
本发明使飞行器在通信及定位信号受阻的情况下,在缺少飞行区域的地理信息时,应用携带的成像系统能够准确地进行飞行器的位置及姿态确定,为飞行器的安全飞行提供保障。另外,本发明也可以结合陀螺仪、测距机、惯性测量单元等传感器进一步提高精度,亦可结合此方法进行飞行器的自主导航。
在本发明的优选实施例中,还可以包括以下步骤:
S4:在飞行器飞行过程中,根据已经确定的参考点或参考块确定新的参考点或参考块,以保证持续地确定飞行器的位置和姿态。
S5:在通信信号和外界定位信号恢复时,利用通信信号和外界定位信号修正飞行器的位置和姿态,并重新确定参考点或参考块。
本发明使飞行器在飞行的过程中,不断确定新的参考点或参考块,使飞行器能够持续地确定位置和姿态。在通信信号和外界定位信号恢复时,及时修正飞行器的位置及姿态信息,能够保障飞行器在缺少地理信息的环境中安全飞行。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1是本发明无标识环境下基于视觉的飞行器位置与姿态确定方法的流程图;
图2是本发明无标识环境下基于视觉的飞行器位置与姿态确定方法的一种优选实施方式的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
图1是本发明无标识环境下基于视觉的飞行器位置与姿态确定方法的流程图,从图中可见,该无标识环境下基于视觉的飞行器位置与姿态确定方法包括如下步骤:
S1:探测特征点或特征块,并在通信信号和外界定位信号良好的情况下,确定参考点或参考块;
S2:在通信信号和外界定位信号受阻或不能使用的情况下,重新探测特征点或特征块;
S3:将步骤S2中探测的特征点或特征块与步骤S1中确定的参考点或参考块进行匹配,确定飞行器的位置和姿态。
本发明在步骤S3后还可以包括以下步骤:
S4:在飞行器飞行过程中,根据已经确定的参考点或参考块确定新的参考点或参考块,以保证持续地确定飞行器的位置和姿态。
本发明在步骤S4后还可以包括以下步骤:
S5:在通信信号和外界定位信号恢复时,利用通信信号和外界定位信号修正飞行器的位置和姿态,并重新确定参考点或参考块。
本发明探测特征点或特征块的方法为:飞行器利用携带的相机在飞行区域采集图像,在采集的图像中探测便于查找和匹配的具有稳定性的关键点或区块作为特征点或特征块。在通信信号和外界定位信号良好的情况下,确定参考点或参考块的方法为:利用计算机视觉方法对特征点或特征块进行精确定位,定位后的特征点或特征块即为参考点或参考块。在本实施方式中,计算机视觉方法可以是但不限于单目视觉方法,双目视觉方法和多目视觉方法之一。
在本实施方式中,在通信信号和外界定位信号受阻或不能使用的情况下,确定飞行器的位置和姿态的方法为:
S31:在采集的飞行区域图像中探测出特征点或特征块,与参考点或参考块进行匹配;
S32:过滤去掉误匹配的参考点或参考块,选择足够数目的匹配参考点或参考块,在本实施方式中,匹配参考点或参考块的数目可根据具体实际情况进行确定;
S33:计算出相机坐标系和着陆平台坐标系间的位置和姿态,在本实施方式中,可以根据透视投影原理或利用匹配点之间的仿射关系,计算出相机坐标系和着陆平台坐标系间的位置和姿态;
S34:通过相机坐标系到飞行器机体坐标系的转换,计算出飞行器的位置和姿态。
由于飞行器在实际飞行时,通常只是在一段飞行区域内通信信号和外界定位信号受阻或不能使用,在其他飞行区域内通信信号和外界定位信号能够正常使用,在这种情况下,本发明在全部飞行区域都能够进对飞行器的位置与姿态确定,这种优选实施方式的流程图如图2所示。飞行器利用携带的相机在飞行区域采集图像,为保证后续处理的速度与精度,相机应事先进行标定。在采集的图像中探测便于查找和匹配的具有稳定性的关键点或区块作为特征点或特征块。其目的是保证在不同视角的图像中都能探测并匹配到这些特征点或特征块,特征点或特征块可以选择特征明显的角点或区块,或是具有对旋转、尺度缩放、亮度变化保持不变性,对视角变化、仿射变换、噪声也保持一定程度的稳定性的关键点或区块,如SIFT特征点。
在通信信号和外界定位信号良好的情况下,读取飞行器的位置和姿态信息,利用双目视觉方法对特征点或特征块进行精确定位,定位后的特征点或特征块称为参考点或参考块。此过程随着无人机的飞行持续进行。
在通信信号和外界定位信号受阻或不可用的情况下,在飞行区域图像中重新探测出特征点或特征块,并与已经获得的参考点或参考块进行匹配;然后,过滤去掉误匹配的参考点或参考块,选择足够数目的匹配参考点或参考块;随后,根据透视投影原理,即已知平面目标的几个点和它们之间的几何尺寸,通过对应的像点位置以及它们在图像中的几何尺寸可以解算出相机坐标系和着陆平台坐标系间的位置和姿态;最后,通过对相机坐标系到无人机机体坐标系的转换,进而精确计算出无人机的位置和姿态。
当通信信号和外界定位信号恢复时,利用通信信号和外界定位信号修正飞行器的位置和姿态,并重新确定参考点或参考块的位置。在飞行器飞行过程中,可以根据已经确定的参考点或参考块不断确定新的参考点或参考块,以保证持续地确定无人机的位置和姿态。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种无标识环境下基于视觉的飞行器位置与姿态确定方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:探测特征点或特征块,并在通信信号和外界定位信号良好的情况下,确定参考点或参考块,其中,所述探测特征点或特征块的方法为:飞行器利用携带的相机在飞行区域采集图像,在采集的图像中探测便于查找和匹配的具有稳定性的关键点或区块作为特征点或特征块,确定参考点或参考块的方法为利用计算机视觉方法对特征点或特征块进行精确定位,定位后的特征点或特征块即为参考点或参考块;
S2:在通信信号和外界定位信号受阻或不能使用的情况下,重新探测特征点或特征块;
S3:将步骤S2中探测的特征点或特征块与步骤S1中确定的参考点或参考块进行匹配,确定飞行器的位置和姿态;
S4:在飞行器飞行过程中,根据已经确定的参考点或参考块确定新的参考点或参考块,以保证持续地确定飞行器的位置和姿态;
S5:在通信信号和外界定位信号恢复时,利用通信信号和外界定位信号修正飞行器的位置和姿态,并重新确定参考点或参考块。
2.如权利要求1所述的无标识环境下基于视觉的飞行器位置与姿态确定方法,其特征在于,所述计算机视觉方法是单目视觉方法,双目视觉方法和多目视觉方法之一。
3.如权利要求1所述的无标识环境下基于视觉的飞行器位置与姿态确定方法,其特征在于,在通信信号和外界定位信号受阻或不能使用的情况下,确定飞行器的位置和姿态的方法为:
S31:在采集的飞行区域图像中探测出特征点或特征块,与参考点或参考块进行匹配;
S32:过滤去掉误匹配的参考点或参考块,选择足够数目的匹配参考点或参考块;
S33:计算出相机坐标系和着陆平台坐标系间的位置和姿态;
S34:通过相机坐标系到飞行器机体坐标系的转换,计算出飞行器的位置和姿态。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310054998.9A CN103175524B (zh) | 2013-02-20 | 2013-02-20 | 一种无标识环境下基于视觉的飞行器位置与姿态确定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310054998.9A CN103175524B (zh) | 2013-02-20 | 2013-02-20 | 一种无标识环境下基于视觉的飞行器位置与姿态确定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103175524A CN103175524A (zh) | 2013-06-26 |
CN103175524B true CN103175524B (zh) | 2015-11-25 |
Family
ID=48635552
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310054998.9A Active CN103175524B (zh) | 2013-02-20 | 2013-02-20 | 一种无标识环境下基于视觉的飞行器位置与姿态确定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103175524B (zh) |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104677340B (zh) * | 2013-11-30 | 2017-01-11 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种基于点特征的单目视觉位姿测量方法 |
CN103822635B (zh) * | 2014-03-05 | 2016-12-07 | 北京航空航天大学 | 基于视觉信息的无人机飞行中空间位置实时计算方法 |
CN103852077B (zh) * | 2014-03-19 | 2017-01-11 | 北京航空航天大学 | 链路失效时无人机定位信息防欺骗自主判断方法 |
CN104019743A (zh) * | 2014-06-06 | 2014-09-03 | 清华大学深圳研究生院 | 机械手位姿精度测试系统 |
FR3038991B1 (fr) * | 2015-07-16 | 2018-08-17 | Safran Electronics & Defense | Procede d'assistance automatique a l'atterrissage d'un aeronef |
CN106096207B (zh) * | 2016-06-29 | 2019-06-07 | 武汉中观自动化科技有限公司 | 一种基于多目视觉的旋翼无人机抗风评估方法及系统 |
CN106295563B (zh) * | 2016-08-09 | 2019-06-07 | 武汉中观自动化科技有限公司 | 一种基于多目视觉对飞行目标飞行性能评估的系统及方法 |
WO2018053861A1 (en) | 2016-09-26 | 2018-03-29 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Methods and system for vision-based landing |
CN106767719B (zh) * | 2016-12-28 | 2019-08-20 | 上海禾赛光电科技有限公司 | 无人机角度的计算方法及气体遥测方法 |
CN106643664A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-10 | 湖南省道通科技有限公司 | 一种对无人机进行定位的方法及装置 |
CN110268224A (zh) * | 2017-02-10 | 2019-09-20 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 用于无人机实时位置跟踪的系统和方法 |
CN108132677B (zh) * | 2017-12-28 | 2021-06-11 | 何佳林 | 一种遮阳无人机控制系统和控制方法 |
CN109405821B (zh) * | 2018-09-21 | 2020-01-03 | 北京三快在线科技有限公司 | 用于定位的方法、装置及目标设备 |
CN109903336A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-06-18 | 浙江工业大学 | 基于局部特征的飞行器姿态跨视场估计方法及装置 |
CN110044353B (zh) * | 2019-03-14 | 2022-12-20 | 深圳先进技术研究院 | 一种飞行机构室内定位方法及定位系统 |
CN110135238B (zh) * | 2019-03-26 | 2021-04-06 | 浙江工业大学 | 一种基于移动ar的无标记物联网设备识别方法 |
WO2022141240A1 (en) * | 2020-12-30 | 2022-07-07 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Determining vehicle positions for autonomous driving based on monocular vision and semantic map |
CN116007439A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-04-25 | 北京天兵科技有限公司 | 一种液体火箭射前自动瞄准的方法、装置、介质和设备 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008292279A (ja) * | 2007-05-24 | 2008-12-04 | Mobile Computing Technologies:Kk | 文字認識によるデータベース更新を行うナビゲーション装置 |
CN101520328A (zh) * | 2009-04-01 | 2009-09-02 | 西北工业大学 | 地磁场线图匹配自主导航方法 |
CA2787646A1 (en) * | 2010-02-05 | 2011-08-11 | Trimble Navigation Limited | Systems and methods for processing mapping and modeling data |
CN102313547A (zh) * | 2011-05-26 | 2012-01-11 | 东南大学 | 基于手绘轮廓语义地图的移动机器人视觉导航方法 |
CN102353377A (zh) * | 2011-07-12 | 2012-02-15 | 北京航空航天大学 | 一种高空长航时无人机组合导航系统及其导航定位方法 |
CN102707724A (zh) * | 2012-06-05 | 2012-10-03 | 清华大学 | 一种无人机的视觉定位与避障方法及系统 |
CN102768042A (zh) * | 2012-07-11 | 2012-11-07 | 清华大学 | 一种视觉-惯性组合导航方法 |
CN102829785A (zh) * | 2012-08-30 | 2012-12-19 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于序列图像和基准图匹配的飞行器全参数导航方法 |
-
2013
- 2013-02-20 CN CN201310054998.9A patent/CN103175524B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008292279A (ja) * | 2007-05-24 | 2008-12-04 | Mobile Computing Technologies:Kk | 文字認識によるデータベース更新を行うナビゲーション装置 |
CN101520328A (zh) * | 2009-04-01 | 2009-09-02 | 西北工业大学 | 地磁场线图匹配自主导航方法 |
CA2787646A1 (en) * | 2010-02-05 | 2011-08-11 | Trimble Navigation Limited | Systems and methods for processing mapping and modeling data |
CN102313547A (zh) * | 2011-05-26 | 2012-01-11 | 东南大学 | 基于手绘轮廓语义地图的移动机器人视觉导航方法 |
CN102353377A (zh) * | 2011-07-12 | 2012-02-15 | 北京航空航天大学 | 一种高空长航时无人机组合导航系统及其导航定位方法 |
CN102707724A (zh) * | 2012-06-05 | 2012-10-03 | 清华大学 | 一种无人机的视觉定位与避障方法及系统 |
CN102768042A (zh) * | 2012-07-11 | 2012-11-07 | 清华大学 | 一种视觉-惯性组合导航方法 |
CN102829785A (zh) * | 2012-08-30 | 2012-12-19 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于序列图像和基准图匹配的飞行器全参数导航方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103175524A (zh) | 2013-06-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103175524B (zh) | 一种无标识环境下基于视觉的飞行器位置与姿态确定方法 | |
US10788830B2 (en) | Systems and methods for determining a vehicle position | |
CN107727079B (zh) | 一种微小型无人机全捷联下视相机的目标定位方法 | |
CN112197770B (zh) | 一种机器人的定位方法及其定位装置 | |
CN102768042B (zh) | 一种视觉-惯性组合导航方法 | |
CN110487267B (zh) | 一种基于vio&uwb松组合的无人机导航系统及方法 | |
KR102627453B1 (ko) | 위치 추정 장치 및 방법 | |
CN107909614B (zh) | 一种gps失效环境下巡检机器人定位方法 | |
CN107656545A (zh) | 一种面向无人机野外搜救的自主避障与导航方法 | |
CN110160542A (zh) | 车道线的定位方法和装置、存储介质、电子装置 | |
CN108303103A (zh) | 目标车道的确定方法和装置 | |
CN108426576B (zh) | 基于标识点视觉导航与sins的飞行器路径规划方法及系统 | |
CN108733039A (zh) | 一种机器人室内导航定位的方法与装置 | |
CN103822635A (zh) | 基于视觉信息的无人机飞行中空间位置实时计算方法 | |
Khattak et al. | Marker based thermal-inertial localization for aerial robots in obscurant filled environments | |
CN109341686B (zh) | 一种基于视觉-惯性紧耦合的飞行器着陆位姿估计方法 | |
Dumble et al. | Airborne vision-aided navigation using road intersection features | |
CN103644904A (zh) | 一种基于sift算法的视觉导航方法 | |
CN114459467B (zh) | 一种未知救援环境中基于vi-slam的目标定位方法 | |
CN102788580A (zh) | 无人机视觉导航中的飞行路线合成方法 | |
CN105333869A (zh) | 一种基于自适应ekf的无人侦察机同步定位与构图方法 | |
Samadzadegan et al. | Autonomous navigation of Unmanned Aerial Vehicles based on multi-sensor data fusion | |
Troiani et al. | Low computational-complexity algorithms for vision-aided inertial navigation of micro aerial vehicles | |
CN110388939A (zh) | 一种基于航拍图像匹配的车载惯导定位误差修正方法 | |
Andert et al. | Optical-aided aircraft navigation using decoupled visual SLAM with range sensor augmentation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |