CN111323005A - 无人直升机全向自主精准着陆视觉辅助合作地标设计方法 - Google Patents

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陈硕阳
孙长燕
于云翔
万增录
李战行
杜海亮
王敬洋
王佳佳
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Abstract

一种无人直升机全向自动精准着陆视觉辅助合作地标设计方法，包括如下步骤：步骤1选用椭圆为主体的合作地标图案；步骤2嵌套椭圆个数、最小椭圆尺寸根据着陆起始高度和最低高度要求与成像器视场参数计算确定，确保着陆最低高度时最小和次小椭圆不出视场；步骤3由大到小嵌套椭圆间留距离，防止成像模糊或成像远距离时椭圆粘连；步骤4该地标为黑白两色，最大椭圆的外接矩形主体设置为黑色，黑白相间设置颜色。本发明设计的着陆图标制作、设置简单，在复杂室外环境中检测概率高，并且着陆精度可达到10cm以内，在白天的复杂室外场景无人直升机自主着陆中发挥良好的效果。

Description

无人直升机全向自主精准着陆视觉辅助合作地标设计方法
技术领域
本发明属于无人机视觉辅助自主着陆领域，具体涉及一种用于无人直升机全向自动精准着陆视觉辅助合作地标设计方法。
背景技术
用于无人机自主精确回收引导的地标设计，作为自主精确着陆视觉辅助系统的关键步骤之一，可适用无人机全向回收、实时精确调整无人机头方向和位置，对于无人机自主精确降落具有重要作用。
运用合作地标进行无人机自主着陆的方法较多，适用的合作地标也多不相同，但存在精度不高、无方向性、成本高、设置复杂等问题。其中南加州大学于2002年设计的“H”形状合作地标应用十分广泛，但其图案的方向性不明显，图形在复杂环境中难以检测，并且距离误差会达到40cm，不满足精准着陆的需求；2013年德国蒂宾根大学设计的地标将“H”形状外面加了一个圆圈，提高了检测概率，但依旧没有方向性，并且位置精度依旧不高；2013年国防科技大学使用红外灯的排列组合构建地标提高了检测概率和着陆精度，地标设置复杂、成本高不具备普适性。
发明内容
一种作为无人直升机自动精准着陆视觉辅助系统设计的合作地标，通过采用视觉识别可实现对无人实时引导定点精确降落，对无人机自主精确回收。
为了解决现有合作地标存在的问题，满足无人直升机全向自动精准着陆视觉辅助系统需要，本发明提出了一种多层椭圆嵌套的具有方向性的图形结构，预定降落点设置在最小椭圆的中心。图案保证了在着陆的多个高度区间都可以通过视觉算法解析出降落位置与方向的实时数据，自主调整无人机在空间任意方向至停泊方向，从而实现了无人机达到厘米级的精准降落。该地标图案简单易于布置，且适用于地面、回收车平台等多种无人机自动精准着陆平台，实际泛用性强。可以有效避免无人直升机依靠GPS导航的精度不高问题，以及依靠传统合作地标时着陆末段标志充满视场后失去无人直升机的问题。
本发明的技术方案如下：
一种用于无人直升机全向自动精准着陆视觉辅助合作地标设计方法，包括如下步骤：
步骤1：选用椭圆为主体的合作地标图案。
步骤2：嵌套椭圆个数、最小椭圆尺寸根据着陆起始高度和最低高度要求与成像器视场参数计算确定，确保着陆最低高度时最小和次小椭圆不出视场。
步骤3：由大到小嵌套椭圆间留距离，防止成像模糊或成像远距离时椭圆粘连。
步骤4：该地标为黑白两色，最大椭圆的外接矩形主体设置为黑色，黑白相间设置颜色。
本发明设计的着陆图标制作、设置简单，在复杂室外环境中检测概率高，并且着陆精度可达到10cm以内，在白天的复杂室外场景无人直升机自主着陆中发挥良好的效果。
附图说明
图1为本发明地标设计图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式进行详细说明。
一种无人直升机全向自主精准着陆视觉辅助合作地标设计方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：选用椭圆为主体的合作地标图案。椭圆长短轴比例不限，最大椭圆长轴尺寸接近无人直升机尺寸。
步骤2：嵌套椭圆个数、最小椭圆尺寸根据着陆起始高度和最低高度要求与成像器视场参数计算确定，确保着陆最低高度时最小和次小椭圆不出视场。
步骤3：由大到小嵌套椭圆间留距离，防止成像模糊或成像远距离时椭圆粘连。最小椭圆中心在全图中的位置根据无人直升机着陆点而定，嵌套各个椭圆的长轴在一条直线上，依次由小到大嵌套椭圆，每个椭圆中心在保证椭圆不粘连情况下向一个方向偏，由此确保着陆点的方向性，即由相邻椭圆中大的椭圆中心指向小的椭圆中心。
步骤4：为确保该地标与周围的场景有比较明显的区分和成像颜色的稳定性，设计时将其设置为黑白两色。同时考虑到在相机白天拍摄时场景中黑色会比白色更加明显，因此将图案中最大椭圆的外接矩形主体设置为黑色，以此黑白相间设置颜色。
无人直升机在靠近地面时会受到地效的影响，机身不稳定影响着陆精度，因此需要在着陆末段持续进行位置修正。设计时考虑到近处合作地标会充满整个视场从而失去无人直升机，设计了嵌套结构的合作地标。图案通过相邻两层椭圆各自中心的连线来指示方向，通过内层椭圆的中心来指示位置。通过机载端算法中依据高度信息的模板切换机制，实现从着陆起始到最终着陆的持续方向和位置信息输出。

Claims (3)

1.一种用于无人直升机全向自动精准着陆视觉辅助合作地标设计方法，包括如下步骤：
步骤1：选用椭圆为主体的合作地标图案；
步骤2：嵌套椭圆个数、最小椭圆尺寸根据着陆起始高度和最低高度要求与成像器视场参数计算确定，确保着陆最低高度时最小和次小椭圆不出视场；
步骤3：由大到小嵌套椭圆间留距离，防止成像模糊或成像远距离时椭圆粘连；
步骤4：该地标为黑白两色，最大椭圆的外接矩形主体设置为黑色，黑白相间设置颜色。
2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述椭圆长短轴比例不限，最大椭圆长轴尺寸接近无人直升机尺寸。
3.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述步骤3中最小椭圆中心在全图中的位置根据目标着陆点而定，嵌套各个椭圆的长轴在一条直线上，依次由小到大嵌套椭圆，每个椭圆中心在保证椭圆不粘连情况下向一个方向偏，由此确保着陆点的方向性，即由相邻椭圆中大的椭圆中心指向小的椭圆中心。
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