CN111580551A - 一种基于视觉定位的导航系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种基于视觉定位的导航系统，包括二维码显示装置、图像采集装置和辅助定位装置；二维码显示装置用于对目标位置进行定位标识，图像采集装置用于实时扫描二维码显示装置的标识信息，图像采集装置和辅助定位装置连接，并将标识信息发送给辅助定位装置，辅助定位装置对标识信息进行实时对比分析，并获取下一步的运动信息，以使得运动控制系统能够根据运动信息实时控制运输设备执行相应动作；二维码显示装置包括若干信号灯、安装架和控制器；若干信号灯以阵列形式设置在安装架上，每一信号灯均与控制器连接，并通过控制器控制信号灯亮或灭，以显现标识信息。本发明有效节约了成本，扩大了适用范围，提高了自动化程度。
Description
技术领域
本发明涉及导航技术领域，具体涉及一种基于视觉定位的导航系统与方法。
背景技术
目前，无人机、无人船或无人车等运输设备上均设置有相当于人脑的运动控制系统，并通过运动控制系统控制运输设备的运动姿态和运动方位等动作参数，实现运输设备自主或半自主的降落、停泊或停靠至目标位置。由于无人机、无人船或无人车等运输设备在定位导航方面大体类似，为便于描述，以下以无人机为例进行详细说明：
市场上的无人机包括消费级和工业级，其中，消费级无人机需要依靠人眼观测飞行姿态及位置并通过人手操作手柄向无人机的运动控制系统(即：飞行控制器)发送控制指令，以实现半自主降落。实践中发现，由于人眼观测存在一定的视觉误差，导致消费级无人机的实际降落位置与目标位置存在较大误差；而工业级无人机，由于其设置有普通GPS，因此，能够实现自主降落，但因各种原因导致其实际降落位置与目标位置存在1米左右的误差。
现有技术中通过在无人机上搭载RTK差分GPS，能够消除上述误差，实现精准降落，但是，由于其造价昂贵，直接导致其应用范围严重受限。
发明内容
鉴于此，本发明实施例提供一种基于视觉定位的导航系统，以解决上述技术问题。
为实现上述技术目的，本发明实施例提供一种基于视觉定位的导航系统，其改进之处在于：包括无人机基座、二维码显示装置、图像采集装置和辅助定位装置；所述二维码显示装置放置于无人机基座的目标位置上，用于对目标位置进行定位标识，所述图像采集装置用于实时扫描所述二维码显示装置的标识信息，所述图像采集装置和所述辅助定位装置连接，并将标识信息发送给所述辅助定位装置，所述辅助定位装置对标识信息进行实时对比分析，并获取下一步的运动信息，以使得运动控制系统能够根据运动信息实时控制运输设备执行相应动作；所述二维码显示装置包括若干信号灯、安装架和控制器；若干所述信号灯以阵列形式设置在所述安装架上，每一所述信号灯均与所述控制器连接，并通过控制器控制信号灯亮或灭，以显现标识信息。
另外本发明还提供了一种基于视觉定位的导航方法，包括如下步骤：
本发明实施例提供一种基于视觉定位的导航装置使用时，使用方法如下：
步骤1.将二维码显示装置1放置于目标位置，并将辅助定位装置3和运输设备5的运动控制系统4连接；
步骤12.运输设备5搭载辅助定位装置3运行至控制器13和辅助定位装置3的通信范围内时，控制器13控制二维码显示装置1的信号灯11亮起；
步骤13.图像采集装置2在相对较远的距离扫描到信号灯11的光亮标识，并将光亮标识发送给辅助定位装置3，辅助定位装置3对光亮标识进行处理分析，以获取运输设备5下一步的运动信息，并将运动信息发送给运动控制系统4，以通过运动控制系统4控制运输设备5按照运动信息运动；
当运输设备5运动至与二维码显示装置1相对较近的距离时，扫描到二维码显示装置1显示出的二维码标识，辅助定位装置3对二维码标识进行处理分析，以获取运输设备5下一步的运动信息，并将运动信息发送给运动控制系统4，以通过运动控制系统4控制运输设备5按照运动信息运动，进而逐步运动至二维码显示装置1位置处，也即是目标位置，实现精准停靠。
本发明由于采取以上技术方案，与现有技术相比，其具有以下优点：
本发明通过在目标位置设置二维码显示装置，并通过图像采集装置采集二维码显示装置的标识信息，辅助定位装置根据标识信息获取下一步的运动信息，因此，能够将运输设备逐步精准导航至目标位置，也即是能够使得无人机精准降落、无人船精准停泊，无人车精准停靠，且由于通过二维码显示装置、图像采集装置和辅助定位装置替代了RTK差分GPS，因此，有效节约了成本，扩大了适用范围，提高了自动化程度。
本发明自动化程度高，成本低，且采用模块化设计，可以广泛应用于无人机、无人车、无人船等海陆空导航技术领域。
附图说明
图1是本发明的基于视觉定位的导航系统其中一个实施例的原理图；
图2是图1的其中一个实施例的应用示意图；
图3是本发明的二维码显示装置的其中一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1～2所示，本发明实施例提供一种基于视觉定位的导航系统，包括无人机基座、二维码显示装置1、图像采集装置2和辅助定位装置3；
二维码显示装置1放置于无人机基座的目标位置上，用于对目标位置进行定位标识，使用时，设置在降落点，图像采集装置2用于实时扫描二维码显示装置1的标识信息，图像采集装置2和辅助定位装置3连接，并将标识信息发送给辅助定位装置3，辅助定位装置3对标识信息进行实时对比分析，并获取下一步的运动信息，以使得运动控制系统4能够根据运动信息实时控制运输设备5执行相应动作。
显而易见地，通过在目标位置设置二维码显示装置1，并通过图像采集装置2采集二维码显示装置1的标识信息，辅助定位装置3根据标识信息获取下一步的运动信息，因此，能够将运输设备5逐步精准导航至目标位置，也即是能够使得无人机精准降落、无人船精准停泊，无人车精准停靠等，且由于通过二维码显示装置1、图像采集装置2和辅助定位装置3替代了RTK差分GPS，因此，有效节约了成本，扩大了适用范围，提高了自动化程度。
在一些实施例中，如图3所示，二维码显示装置1包括若干信号灯11、安装架12和控制器13；
若干信号灯11以阵列形式设置在安装架12上，以使每一信号灯11作为一像素，每一信号灯11均与控制器13连接，通过控制器13控制信号灯11的亮或灭，以通过信号灯11的光亮作为初步引航标识，并通过信号灯11的亮或灭对应数据“0”或“1”，进而通过控制器13在相同时间内控制相同批次的信号灯11的亮或灭，标识出二维码信息，或在不同时间内控制不同批次的信号灯11的亮或灭，标识出不同二维码信息，以通过二维码信息作为精确导航标识。
显而易见地，将印刷在介质上的二维码替换为能发光的电子二维码，使得图像采集装置2能够在较远的距离扫描获取信号灯11发出的光亮，进而能够给运输设备5提供初步的运行方位参考依据，当运行至与二维码显示装置1距离较近的位置处时，图像采集装置2能够扫描获取二维码信息，从而能够给运输设备5提供精确的运行方位参考依据，进而能够使得运输设备5能够精准停在目标位置。
本实施例中，控制器13和辅助定位装置3无线通信连接，以在通信范围内感知运动设备5靠近时，控制器信号灯11亮起，以避免信号灯11长时间亮而浪费资源的情况发生。
具体的，信号灯11可以采用激光灯，以区别自然光，进而便于在白天被图像采集装置2扫描获取，且能有效避免外部遮挡，而造成图像采集装置2扫描不到的情况发生。
更具体的，控制器13设置在安装板12底面，以与信号灯11集成一体，便于搬运或移动至下一个目标位置进行重复使用。
在一些实施例中，图像采集装置2可以采用高清摄像头，以便获取清晰的标识信息。
在一些实施例中，辅助定位装置3包括比较器和计算器，比较器和计算器通信连接，其中，比较器将扫描获取的标识信息与预设的标识信息进行匹配，以当匹配成功时，将扫描获取的标识信息发送给计算器，以通过计算器计算获取下一步的运动信息，
其中，比较器将扫描获取的标识信息与预设的标识信息进行匹配，包括：
将二维码中的像素，在摄像头的相对位置、大小等进行对比。
本实施例中，辅助定位装置3设置为模块化的开发板，且开发板上设置有通用接口，以提高其兼容性，便于与任一外部设备匹配应用。另外，开发板设置越小越好，优选设置为迷你型，以便于搭载。
在一些实施例中，运输设备5为无人机，运动控制系统4为飞行控制器，辅助定位装置3与飞行控制器连接，并将下一步的运动信息实时发送给飞行控制器，以使得飞行控制器控制无人机执行相应运动，例如：前进、后退、旋转、上升、下降等。另外，本实施例中，飞行控制器的代码开源，因此可以根据需要自主进行功能设置，非常方便。
本发明实施例还提供一种基于视觉定位的导航方法，包括步骤如下：
步骤1.将二维码显示装置1放置于目标位置，并将辅助定位装置3和运输设备5的运动控制系统4连接；
步骤2.运输设备5搭载辅助定位装置3运行至控制器13和辅助定位装置3的通信范围内时，控制器13控制二维码显示装置1的信号灯11亮起；
步骤3.图像采集装置2在相对较远的距离扫描到信号灯11的光亮标识，并将光亮标识发送给辅助定位装置3，辅助定位装置3对光亮标识进行处理分析，以获取运输设备5下一步的运动信息，并将运动信息发送给运动控制系统4，以通过运动控制系统4控制运输设备5按照运动信息运动；
当运输设备5运动至与二维码显示装置1相对较近的距离时，扫描到二维码显示装置1显示出的二维码标识，辅助定位装置3对二维码标识进行处理分析，以获取运输设备5下一步的运动信息，并将运动信息发送给运动控制系统4，以通过运动控制系统4控制运输设备5按照运动信息运动，进而逐步运动至二维码显示装置1位置处，也即是目标位置，实现精准停靠。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于视觉定位的导航系统，其特征在于：包括无人机基座、二维码显示装置、图像采集装置和辅助定位装置；
所述二维码显示装置放置于无人机基座的目标位置上，用于对目标位置进行定位标识，所述图像采集装置用于实时扫描所述二维码显示装置的标识信息，所述图像采集装置和所述辅助定位装置连接，并将标识信息发送给所述辅助定位装置，所述辅助定位装置对标识信息进行实时对比分析，并获取下一步的运动信息，以使得运动控制系统能够根据运动信息实时控制运输设备执行相应动作；
所述二维码显示装置包括若干信号灯、安装架和控制器；若干所述信号灯以阵列形式设置在所述安装架上，每一所述信号灯均与所述控制器连接，并通过控制器控制信号灯亮或灭，以显现标识信息。
2.根据权利要求1所述一种基于视觉定位的导航系统，其特征在于：所述控制器和所述辅助定位装置无线通信连接。
3.根据权利要求2所述一种基于视觉定位的导航系统，其特征在于：所述信号灯采用激光灯。
4.根据权利要求2所述一种基于视觉定位的导航系统，其特征在于：所述控制器设置在安装板底面。
5.根据权利要求1所述一种基于视觉定位的导航系统，其特征在于：所述图像采集装置采用高清摄像头。
6.根据权利要求1所述一种基于视觉定位的导航系统，其特征在于：所述辅助定位装置包括比较器和计算器，所述比较器和所述计算器通信连接。
7.根据权利要求1所述一种基于视觉定位的导航系统，其特征在于：所述运输设备为无人机，所述运动控制系统为飞行控制器。
8.一种基于视觉定位的导航方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：将二维码显示装置1放置于目标位置，并将辅助定位装置3和运输设备5的运动控制系统4连接；
步骤2：运输设备5搭载辅助定位装置3运行至控制器13和辅助定位装置3的通信范围内时，控制器13控制二维码显示装置1的信号灯11亮起；
步骤3：图像采集装置2在相对较远的距离扫描到信号灯11的光亮标识，并将光亮标识发送给辅助定位装置3，辅助定位装置3对光亮标识进行处理分析，以获取运输设备5下一步的运动信息，并将运动信息发送给运动控制系统4，以通过运动控制系统4控制运输设备5按照运动信息运动；
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