[發明專利]一種基于視覺引導的無人機自動著陸方法

有效

• 申請號: 201610473714.3
• 申請日: 2016-06-24
• 公開（公告）號: CN107544550B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 孫偉;郭寶龍;趙春宇;張琦;劉潤之;郭振嘉;王鵬飛;陳許蒙
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G05D1/12
• 分類號: G05D1/12
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 劉振

1.一種基于視覺引導的無人機自動著陸方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1)根據降落平臺的GPS信息，通過GPS導航引導無人機進入降落平臺上空，然后降低無人機高度，使無人機在離地面10～15m距離懸停；

步驟2)使用機載相機拍攝的圖像檢測粗定位標志區域，由粗定位標志區域計算降落平臺的中心坐標(x₀,y₀)；

步驟3)根據公式(1)計算降落平臺相對于無人機的位置坐標(X,Y,h)，

式中，h為無人機距離地面的高度，(u₀,v₀)為機載相機拍攝的圖像中心點坐標，f為機載相機的焦距；

步驟4)使用無人機雙層PID控制器控制無人機的降落；

步驟5)判斷無人機是否達到識別精確定位標志的條件，若是，則進行下一步驟，若否則更新降落平臺相對于無人機的位置坐標(X,Y,h)，返回步驟4)；

所述步驟5)中當無人機未達到識別精確定位標志的條件時，更新降落平臺相對于無人機的位置坐標(X,Y,h)，按如下步驟進行：

(5.1)以步驟2)中檢測出的粗定位標志區域作為待跟蹤圖像的搜索窗口；

(5.2)以無人機拍攝的當前幀圖像作為待跟蹤圖像，將當前幀圖像轉換到HSV色彩空間下，以紅色的色調H＝0.98為閾值進行圖像分割，并通過形態學開運算處理得到當前幀圖像的二值圖像；

(5.3)在當前幀圖像的二值圖像中，利用待跟蹤圖像的搜索窗口的零階矩M₀₀和一階矩M₁₀，M₀₁之間的關系，計算搜索窗口的質心(x_c,y_c)：其中I(x,y)為待跟蹤圖像的二值圖像中像素坐標(x,y)的像素值，x,y的變化范圍為搜索窗口的大小；

(5.4)令搜索窗口的質心(x_c,y_c)作為當前幀圖像中降落平臺的中心坐標：

(5.5)利用當前幀圖像中降落平臺的中心坐標(x₀,y₀)，通過步驟(3)更新降落平臺相對于降落平臺相對于無人機的位置坐標(X,Y,h)；

(5.6)在當前幀圖像上以(x_c,y_c)為中心，構建寬度為高度為1.2s的矩形作為粗定位標志矩形區域，完成當前幀圖像粗定位標志區域的更新，并使用當前幀粗定位標志區域初始化下一幀待跟蹤圖像的搜索窗口，重復步驟(5.2)～(5.6)實現粗定位標志區域和降落平臺相對于降落平臺相對于無人機的位置坐標(X,Y,h)的實時更新；

步驟6)使用Apriltags技術實時檢測精確定位標志，得出新的降落平臺的中心坐標(x₁,y₁)，通過步驟3)的公式(1)得到新的降落平臺相對于無人機的位置坐標(X₁,Y₁,h₁)，通過步驟4)控制無人機降落，最終完成無人機的精確著陸。

2.根據權利要求1所述的基于視覺引導的無人機自動著陸方法，其特征在于：所述步驟1)中的降落平臺為標識有降落標志的平面，所述降落標志由中心在同一點精確定位標志和粗定位標志組成。

3.根據權利要求2所述的基于視覺引導的無人機自動著陸方法，其特征在于：所述精確定位標志為邊長15cm的正方形Apriltags，所述粗定位標志為半徑為60cm的圓到Apriltags之間的區域，粗定位標志區域使用紅色填充。