[發明專利]一種基于同心圓特征的納型無人機目標跟蹤方法

在審

• 申請號: 201810587220.7
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108563236A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 孟子陽;劉宇真
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發明提出一種基于同心圓特征的納型無人機目標跟蹤方法，屬于無人機目標跟蹤技術領域。該方法首先在納型無人機上分別安裝攝像頭、模擬圖傳和電池；設定作為納型無人機的跟蹤目標的黑白相間的同心圓；納型無人機從地面起飛后，攝像頭實時拍攝圖像并經模擬圖傳將圖像發送至地面計算機；地面計算機利用目標識別算法，對接收到的圖像進行識別：若圖像中成功識別同心圓目標，則分別計算同心圓目標與無人機三個方向上的相對像素距離，并利用視覺控制算法得到無人機的控制指令；無人機根據控制指令進行運動，以實現對同心圓目標的跟蹤。本方法可應用于納型無人機平臺，使其具備目標跟蹤能力，在國防軍事和民用科技中有較大的應用前景。

技術領域

本發明涉及無人機目標跟蹤技術領域，具體涉及一種基于同心圓特征的納型無人機目標跟蹤方法。

背景技術

近年來，無人機技術飛速發展，并且隨著計算機視覺技術的日益成熟，基于視覺的目標跟蹤技術逐漸成為了無人機對環境進行感知、對任務進行分析的重要手段，在災難救助，軍事偵察，土地勘測等多個領域有著廣泛的應用前景。

2011年，D.Eberli等人利用雙同心圓標志作為目標引導無人機著陸，但該方法中目標需處于靜止狀態，未能實現無人機自動降落于動態目標。2015年，華南理工大學李永健等人利用橢圓擬合算法，通過讓無人機識別同心圓標志從而希望控制無人機著陸，但該方法并未利用到同心圓標志的內外圓存在著包含關系，從而增加了運算量，影響方法實時性，且最終未能將方法真正應用到無人機平臺。2016年，哈爾濱工業大學樊瓏等人利用包含多個同心圓(超過兩個)的目標引導無人機著陸，但該方法的準確率不夠理想，且該方法中同心圓目標同樣必須靜止于地面，未能實現對動態目標的跟蹤。

此外，上述方法中所使用的無人機平臺均重量超過500g，直徑超過20mm，均不是納型無人機(質量小于40g,直徑小于100mm)。目前，國內外用于研究目標跟蹤技術的無人機平臺大多尺寸、重量較大，能耗較高；相對而言，納型無人機平臺的優點在于安全、敏捷、隱蔽性好、可垂直起飛，可低空盤旋，可在受限環境中完成飛行任務，且非常適用于批量生產。

2017年，大疆創新推出一款具有目標跟蹤功能的小型無人機——曉spark。該無人機是大疆系列最小的一款，但質量還是達到300g，尺寸為143*143*55mm(長*寬*高)，與納型無人機的標準仍有較大差距。2017年，D.Palossi等人在納型無人機平臺(重約30g)上安裝一個微型攝像頭，微型攝像頭的圖像輸出端直接連接到納型無人機的飛控處理器，同時設計一個紅色板作為被跟蹤目標，根據其顏色信息將其識別，進而計算相應無人機控制指令引導無人機跟蹤目標。由于該方法中無人機的機載處理器處理能力非常有限，處理實時性較低，且處理的圖像大小僅為60*80像素，加大了識別難度，實驗結果表明其平均跟蹤誤差達到了34cm。此外，由于利用顏色信息對目標進行識別，因此在該方法的跟蹤場景中不能出現紅色物體，否則會識別錯誤，從而導致跟蹤失敗。目前，受到體積、能耗、處理計算能力的限制，在納型無人機平臺上實現準確穩定的目標跟蹤仍然是一個難題。

發明內容

本發明的目的是為解決在納型無人機平臺上由于體積、能耗、處理計算能力有限而難以實現準確穩定的目標跟蹤這一難題，提出一種基于同心圓特征的納型無人機目標跟蹤方法。本方法可應用于納型無人機平臺，使其具備目標跟蹤能力，在國防軍事和民用科技中有較大的應用前景。

本發明提出一種基于同心圓特征的納型無人機目標跟蹤方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)在納型無人機上分別安裝攝像頭、模擬圖傳和電池；所述攝像頭、模擬圖傳和電池分別固定在納型無人機主體上，攝像頭的圖像輸出端連接模擬圖傳的圖像輸入端，攝像頭、模擬圖傳和納型無人機分別與電池連接，模擬圖傳和納型無人機分別通過無線與地面計算機連接；其中，所述攝像頭安放在無人機正上方，攝像頭的鏡頭平面與無人機頂面垂直且朝向無人機前進方向；

(2)設定作為納型無人機的跟蹤目標的黑白相間的同心圓；