[發明專利]一種用于無人機俯仰角與滾轉角實時計算方法

無效

• 申請號: 201310341679.6
• 申請日: 2013-08-07
• 公開（公告）號: CN103453875A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 關震宇;袁小東;劉暢;申強;吳政隆;劉菲;牛三庫;趙驥;李大林;毛瑞芝;楊東曉;王玥;黃科偉;紀紅;李杰
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;郭德忠

技術領域

發明涉及一種用于無人機俯仰角與滾轉角的實時計算方法，屬于無人機控制技術領域。

背景技術

目前，公知的無人機俯仰角和滾轉角的實時計算方法都是使用慣性測量組件、GPS等系統來完成的，有部分計算方法使用兩個攝像機來探測特征物體或特征點，從而計算無人機的俯仰角和滾轉角。但是，上述方法使用的儀器設備重量較大且系統結構復雜，不便于無人機使用。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種用于無人機俯仰角與滾轉角實時計算方法，僅需要一個攝像機，就可以實時計算無人機俯仰角和滾轉角信息。

一種用于無人機俯仰角與滾轉角實時計算方法，坐標預定義：建立機體坐標系OXYZ，其中原點O位于攝像機光心處，OZ與光軸平行且指向機頭，OY垂直指向地心；建立圖像坐標系O₀uv，定義無人機上安裝的攝像機焦平面左上頂點為O_o，u和v分別是焦平面水平和垂直的兩個方向；

第一步：建立搜索天地分割線的指標J，

J＝D(u_sky)+D(v_sky)+D(u_grd)+D(v_grd)

其中D(u_sky)表示天空區域光流場u方向上的方差，D(v_sky)表示天空區域光流場v方向上的方差，D(u_grd)表示大地區域光流場u方向上的方差，D(v_grd)表示大地區域光流場v方向上的方差；

第二步：利用安裝在無人機上的攝像機采集圖像，并獲得圖像的光流場，基于指標J提取出天地分割線在圖像坐標系O₀uv中的直線方程；

該步驟的具體過程為：

首先，在圖像坐標系O₀uv中，使用一根直線切割攝像機采集的圖像，并將直線兩側區域分別定義為天空區域和大地區域；其次，分別計算直線兩側區域光流場在u和v方向上的方差，將這些方差求和得到指標J；再次，將這條直線在圖像上移動直至遍歷整個圖像區域，將指標J取值最小時所對應的直線定義為天地分割線，提取出天地分割線在圖像坐標系O₀uv中的直線方程v＝ku+b，其中k是直線斜率和b是直線截距；

第三步：將天地分割線的直線方程v＝ku+b中的k和b代入機體坐標系與圖像坐標系之間的對應關系表達式，計算出橫滾角φ和俯仰角θ，

φ=arctan(kαxαy)θ=arctan[(v0-ku0-b)cosφαy]]]>

其中α_x和α_y分別是從成像平面到圖像平面在x方向和y方向的放大系數，u₀和v₀分別為圖像的長和寬。

有益效果：

1、本發明僅需要使用一個攝像機，不需要其他冗余設備，使計算設備結構簡單，容易實現。