[發明專利]一種無人機目標跟蹤方法

在審

• 申請號: 201810860429.6
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN109191504A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 劉陽;王從慶;李翰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/50
• 分類號: G06T7/50;G06T7/73;G06T7/246;G06T3/40;G06K9/62
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種無人機目標跟蹤方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)雙目相機圖像采集裝置獲取到左目圖像和右目圖像，作為視覺SLAM算法和目標檢測算法的輸入；

(2)通過視覺SLAM算法計算輸出無人機在世界坐標系中的位置坐標；

(3)目標檢測，在左目、右目圖像拼接成的全景圖中進行目標檢測，通過目標檢測算法計算輸出跟蹤目標在相機坐標系下的三維坐標；

(4)無人機在世界坐標系中的實時位置和跟蹤目標在相機坐標系下的實時位置作為速度控制算法的輸入，計算輸出期望速度，作為無人機飛行控制器輸入，控制無人機的飛行參數，實現目標跟蹤。

2.根據權利要求1所述的一種無人機目標跟蹤方法，其特征在于，無人機使用了雙目相機采集裝置，用以獲取外部圖像。

3.根據權利要求1所述的一種無人機目標跟蹤方法，其特征在于，所述的步驟(2)包括以下過程：

(2.1)視覺SLAM算法先將左目、右目圖像分別進行特征提取，計算特征點對應的特征描述子；

(2.2)計算左目圖像特征點對應的深度值d；

(2.3)計算左目圖像特征點在相機坐標系下的三維坐標p，計算公式為：p＝(p_x,p_y,p_z)^T，p_x＝(u_l-c_x)*d/f_x，p_y＝(v_l-c_y)*d/f_y，p_z＝d，其中f_x為相機的焦距水平分量，f_y為相機的焦距垂直分量，u_l為特征匹配對在左圖像的水平方向像素坐標，v_l為特征點對在左圖像的垂直方向像素坐標，c_x為相機的像素坐標水平中心偏移,c_y為相機的像素坐標垂直中心偏移；

(2.4)無人機定位：計算出當前無人機在世界坐標系中的位置坐標。

4.根據權利要求3中所述的一種無人機目標跟蹤方法，其特征在于，所述的步驟(2.2)左目圖像特征點對應的深度值計算，包括以下步驟：

(2.2.1)對左目、右目圖像進行特征匹配：針對左目圖像的某個特征點，在右目圖像沿著極線搜索，比較特征描述子，計算極線方向所有特征點和左目圖像該特征點的描述子之間的歐式距離，選出距離最小的特征點，再通過最小化灰度值差進行亞像素級定位，得到左目、右目圖像的特征匹配對；

(2.2.2)依據視差計算深度d，計算公式為：d＝f_x*B/(u_l-u_r)，其中f_x為相機的焦距水平分量，B為雙目相機的基線長，u_l，u_r分別為特征匹配對在左右圖像的水平方向像素坐標。

5.根據權利要求3中所述的一種無人機目標跟蹤方法，其特征在于，所述的步驟(2.4)包括以下過程：

(2.4.1)相鄰兩幀圖像特征匹配：依據左目圖像的當前幀圖像，即第k幀和前一幀圖像，即第k-1幀圖像的特征描述子，通過最近鄰距離比率匹配策略，得到相鄰兩幀圖像的特征匹配對；

(2.4.2)依據特征匹配對在第k-1幀圖像相機坐標系下的三維坐標P^k-1和在第k幀圖像的二維像素坐標，通過PnP求解得到前后兩幀圖像的位姿變換矩陣T_k,k-1；

(2.4.3)計算第k幀相對于世界坐標系的位姿矩陣：T_k,w＝T_k,k-1T_k-1,w，其中T_k-1,w為第k-1幀圖像相對于世界坐標系的位姿矩陣；

(2.4.4)對T_k,w求逆后得到其中為當前無人機在世界坐標系中的位置坐標。