[發明專利]小型無人自旋翼機用單目可調焦液態鏡頭尋找安全著陸區域方法

有效

• 申請號: 201610360616.9
• 申請日: 2016-05-28
• 公開（公告）號: CN107437050B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 李恒宇;袁澤峰;程洪濤;謝少榮;羅均
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;H04N5/232
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

本發明涉及一種小型無人自旋翼機用單目可調焦液態鏡頭尋找安全著陸區域的方法。其實現操作步驟為:（1）自主著陸無人機懸停在備選著陸區域上空的適當距離，將液態可調焦鏡頭視場分為左上、左下、右上、右下四塊區域，采集圖像并采用清晰度評價函數對四塊區域的圖像的清晰度值進行評價。遍歷鏡頭焦距，保存并記錄下不同鏡頭焦距對應的驅動電流以及相對應的四塊區域的圖像清晰度值;（2）查詢步驟（1）中保存的數據，分別找出四塊區域的清晰度最大值對應的電流值進行比較，從而判斷出此塊區域是否適合著陸。該方法用單目電動可調焦液體鏡頭，結構簡單，功耗較小，對焦速度快，算法實現簡單有效。所述基于單目可調焦電動液態鏡頭尋找適合著陸區域的方法的，可以滿足小型自旋翼機的自主著陸過程中尋找適合的著陸區域。

技術領域

本發明涉及無人飛行器技術領域，尤其是一種小型無人自旋翼機用單目可調焦液態鏡頭尋找安全著陸區域方法，著重于基于單目可調焦液態鏡頭的視覺信息來判斷地面傾斜度，選擇適合著陸的地表區域。

技術背景

小型旋翼機由于結構簡單，控制靈活，可在空間中實現自由移動以及穩定懸停等特點，廣泛應用于航拍、探測、測繪、植保等方面。而無人機著陸的平穩性以及自適應性始終是無人機性能評價的重要指標，著陸平穩性對無人機的損耗及使用壽命起關鍵作用，在非平地面上著陸會使無人機機身和螺旋槳碰及地面而對無人機造成損傷。因而無人機要實現自主著陸就必須具備自主判斷地表區域是否平整，是否適合著陸。本文即提出一種簡單有效的判別方法。

發明內容

為了確保無人機著陸在地表平整區域，防止著陸時對無人機造成損害，本發明的目的在于提供一種小型無人自旋翼機用單目可調焦液態鏡頭尋找安全著陸區域方法，在進行著陸時實時探測地面，判別并選擇安全著陸的區域，以達到平穩著陸。

為達到上述目的，本發明的構思是：無人旋翼機采用單目電動可調焦液體鏡頭，將視場區域分為左上、左下、右上、右下四塊區域，如圖1所示。在旋翼機自主著陸的過程中，鏡頭通過自動變焦技術遍歷焦距，可分別得出這四塊區域最佳清晰度圖像時各塊區域對應的液態鏡頭驅動電流值，而該液態鏡頭的不同電流值對應于不同的焦距，不同的焦距分別對應于四塊區域距無人機的距離。所以，可以通過對比這四個區域各自最清晰時相應的電流值差值的大小來判別地面傾斜度。當這四個電流值中最大值與最小值差的絕對值在一定的范圍內，就可以確定地面的傾斜度符合降落條件，進而無人機可以實施自主降落。

傳統的自動變焦系統因體積功耗等原因很難在小型旋翼機上得到應用，本發明采用一種電動可調焦液體鏡頭來實現機載相機的自動對焦，這種電動可調焦液體鏡頭結構緊湊，體積、功耗較小，僅靠USB串口驅動器產生不同的電流便可改變鏡頭折射率從而實現變焦，且電流大小與焦距成近似線性關系，因而可以根據不同目標區域最佳清晰度圖像的電流值差的絕對值大小得出地表區域的傾斜度。

根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案：

小型無人自旋翼機用單目可調焦液態鏡頭尋找適合著陸區域的方法，其特征在于包含以下步驟：

（1）獲取各個焦距下鏡頭所采集的地表照片四個區域的清晰度值：自主著陸無人機懸停在備選著陸區域上空的適當距離，將液態可調焦鏡頭視場分為左上、左下、右上、右下四塊區域，采集圖像并采用清晰度評價函數對四塊區域的圖像的清晰度值進行評價。遍歷鏡頭焦距，保存并記錄下不同鏡頭焦距對應的驅動電流以及相對應的四塊區域的圖像清晰度值。包含以下步驟：

(1-1)當小型無人自旋翼機完成特定任務準備著陸時，懸停在備選著陸地面的上空1~3米內；

(1-2)單目液態可調焦鏡頭采集一幀地表圖像；

(1-3)采用圖像分割算法在圖像像素分辨率（）的寬和高中點，將圖像左右上下對稱分割成A、B、C、D四個區域；

(1-4)利用清晰度評價函數分別計算當前A、B、C、D四個區域地表圖像的清晰度值，并將當前的鏡頭驅動的電流值與四塊區域的清晰度值對應保存起來；