[發(fā)明專利]一種無人飛行器視覺自主導(dǎo)引著陸的目標(biāo)跟蹤方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201210152444.8 | 申請日: | 2012-05-16 |
| 公開(公告)號(hào): | CN102722697A | 公開(公告)日: | 2012-10-10 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 鄭智輝;汪渤;高志峰;周志強(qiáng);董明杰;石永生;沈軍;李筍;王海螺 | 申請(專利權(quán))人: | 北京理工大學(xué) |
| 主分類號(hào): | G06K9/00 | 分類號(hào): | G06K9/00;G06K9/60 |
| 代理公司: | 北京理工大學(xué)專利中心 11120 | 代理人: | 李愛英;張利萍 |
| 地址: | 100081 *** | 國省代碼: | 北京;11 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 一種 無人 飛行器 視覺 自主 導(dǎo)引 著陸 目標(biāo) 跟蹤 方法 | ||
1.一種無人飛行器視覺自主導(dǎo)引著陸的目標(biāo)跟蹤方法,其特征在于,包括如下步驟:
步驟1、機(jī)載攝像機(jī)采集著陸目標(biāo)點(diǎn)模板圖像并對模板圖像進(jìn)行仿射光照歸一化處理,得到歸一化之后的模板圖像Inorm(x),其中x表示模板圖像中像素點(diǎn)的坐標(biāo);
步驟2、對歸一化后的模板圖像Inorm(x)進(jìn)行特征提取,得到具有N個(gè)特征點(diǎn)的特征模板圖像;
步驟3、離線方式訓(xùn)練模板圖像在m組不同運(yùn)動(dòng)范圍下對應(yīng)的先驗(yàn)誤差Jacobian矩陣,具體方法如下:
設(shè)定無人飛行器的運(yùn)動(dòng)幅度范圍S,將運(yùn)動(dòng)幅度范圍S從小到大均分成m段運(yùn)動(dòng)范圍,針對特征模板圖像在每一段運(yùn)動(dòng)范圍,采用透視變換方法對特征模板圖像隨機(jī)變形:即將特征模板圖像的4個(gè)頂點(diǎn)在該段運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)分別隨機(jī)移動(dòng)一次作為一次隨機(jī)變形,得到一幅變形后的特征模板圖像,將特征模板圖像按照上述方式移動(dòng)Np次,且滿足Np□N,得到特征模板圖像與隨機(jī)變形后的Np幅圖像之間的透視變換關(guān)系矩陣
然后再根據(jù)公式
步驟4、實(shí)際跟蹤過程之初,對機(jī)載攝像機(jī)在t0時(shí)刻獲得的圖像采用步驟1的方法進(jìn)行仿射光照歸一化處理,然后確定步驟2得到的特征模板圖像在t0時(shí)刻圖像幀中的位置,將該位置在t0時(shí)刻圖像幀中的區(qū)域圖像定義為目標(biāo)跟蹤區(qū)域,采用步驟2的特征提取方法對目標(biāo)跟蹤區(qū)域圖像進(jìn)行特征提取,得到目標(biāo)跟蹤模板圖像I(x,t0);
步驟5、對無人飛行器獲得的t時(shí)刻的實(shí)時(shí)輸入圖像采用步驟1的方法進(jìn)行仿射光照歸一化處理,得到當(dāng)前輸入圖像;然后再進(jìn)行在線跟蹤,具體步驟如下:
5-1、通過最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)O(μ(t))=||I(f(x;μ(t)),t)-I(x,t0)||2計(jì)算目標(biāo)跟蹤模板圖像在t時(shí)刻的變換參數(shù)μ(t),使該變換參數(shù)μ(t)對目標(biāo)跟蹤模板圖像I(x,t0)進(jìn)行變換后得到的圖像I(f(x;μ(t)),t)與目標(biāo)跟蹤模板圖像I(x,t0)的差異最小;
5-2、采用步驟5-1計(jì)算得到的變換參數(shù)μ(t)對目標(biāo)跟蹤模板圖像I(x,t0)進(jìn)行變換得到圖像I(f(x;μ(t)),t0),以t時(shí)刻的變換參數(shù)μ(t)代替t+τ時(shí)刻的變換參數(shù)μ(t+τ),計(jì)算圖像I(f(x;μ(t)),t0)在t+τ時(shí)刻的輸入圖像I(f(x;μ(t)),t+τ),其中τ是無人飛行器采集圖像的最小時(shí)間間隔;
5-3、計(jì)算輸入圖像I(f(x;μ(t)),t+τ)與目標(biāo)跟蹤模板圖像I(x,t0)之間的對應(yīng)特征點(diǎn)之間的灰度誤差圖像e(t)=I(x,t0)-I(f(x;μ(t)),t+τ);令i=m,j=1;
5-4、計(jì)算Δμ(t+τ)=Ah[i]e(t);
5-5、首先計(jì)算當(dāng)前輸入圖像和目標(biāo)跟蹤模板圖像I(x,t0)之間的透視變換矩陣F(μ(t)),再計(jì)算t+τ時(shí)刻的輸入圖像相對于目標(biāo)跟蹤模板圖像的透視變換矩陣:F(μ(t+τ))=F(μ(t))F-1(Δμ(t+τ));
5-6、判斷Δμ(t+τ)與ε的關(guān)系:
當(dāng)Δμ(t+τ)≥ε時(shí),計(jì)算e(t)=I(x,t0)-I(F(μ(t+τ))x,t+τ),j=j+1,其中I(F(μ(t+τ))x,t+τ)表示目標(biāo)跟蹤模板圖像I(x,t0)經(jīng)過透視變換矩陣F(μ(t+τ))變換的圖像;
再判斷j與n_iter的關(guān)系:
當(dāng)j□n_iter時(shí),執(zhí)行步驟5-4;
當(dāng)j>n_iter時(shí),執(zhí)行步驟5-7;
當(dāng)Δμ(t+τ)<ε,i=i-1;
當(dāng)i>1時(shí),執(zhí)行步驟5-4;
當(dāng)i=1時(shí),執(zhí)行步驟5-7;
其中n_iter為迭代次數(shù),取5□n_iter□15;ε為跟蹤精度閾值矢量,其維數(shù)與t+τ時(shí)刻的Δμ(t+τ)相同,ε=[ε1,ε2,...,εn]T,其中ε1=ε2=...=εn;
5-7、將F(μ(t+τ))發(fā)送給無人飛行器控制系統(tǒng),無人飛行器根據(jù)F(μ(t+τ))進(jìn)行目標(biāo)跟蹤。
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