[發明專利]一種用于無人機著網回收的光學相對測量方法

在審

• 申請號: 201811127540.0
• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN110954063A
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 徐興華;劉崇亮;劉壘;扈光鋒;曲雪云;周東靈
• 申請（專利權）人: 北京自動化控制設備研究所
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G06K9/46;G06K9/38;G06K9/40
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 孫成林

本發明公開了一種用于無人機著網回收的光學相對測量方法，它包括下述步驟：(1)對采集到的圖像進行高斯濾波；(2)閾值搜索，并對圖像進行二值化；(3)利用形態學濾波完成網格的消除；(4)邊緣檢測，提取9個圓輪廓；(5)輸出結果，采用PNP算法實現無人機與移動平臺間相對位姿測量。本發明的優點是，本發明提出的著網回收的相對光學測量方法無需無線電、差分衛星、慣導等繁重的設備，而是利用相機采圖，對圖像進行抗網格處理，從而完成無人機與移動平臺之間的相對位姿關系測量，提高了無人機使用的靈活性。

技術領域

本發明屬于一種視覺導航方法，具體涉及一種用于無人機著網回收的光學相對測量方法。

背景技術

為了實現無人機和目標場站之間相對位置和姿態的精確測量，當前的主要手段有無線電、差分衛星，并引入慣導，依舊需要地面設備的輔助，同時只適用于目標場站是靜態的情況，嚴重限制了無人機使用的靈活性。

無人機著網回收是在移動平臺上敷設回收網，通過對無人機速度和位置的精確控制，使無人機平穩降落至柔性的回收網中，實現無人機的回收。

高空長航時無人機多采用太陽能結合儲能電池系統作為動力能源，要求結構質量盡量輕；取消起落架配置，能夠滿足其減小起飛重量的需求；移動平臺下的無人機著網回收滿足此類無人機的回收需求。而移動平臺下的無人機著網回收是建立在精確地光學相對測量基礎上的。

無人機與相機捷聯安裝在一起，無云臺，安裝于機腹，前下視成像。相機光軸與鉛垂面的夾角為，這樣可保證總視場中有視場用于前下視觀察，視場用于后下視觀察。

選用SUV做移動平臺，以某型車為例，車長×寬×高：5980mm×2005mm×2365mm。整個回收網尺寸為6000mm(寬)×5000mm(行進方向)，網面距離合作目標約1450mm；在車頂設計1個合作目標，大小為，為的點陣圖案，適用小車與飛機的最遠水平距離為20.0m，平飛高度在2m～15m之間，合作目標如圖1所示。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于無人機著網回收的光學相對測量方法，能夠實現在無人機完成著網回收過程中，在有網格干擾情況下識別合作目標實現無人機與移動平臺之間精確地相對位姿測量。

本發明是這樣實現的，一種用于無人機著網回收的光學相對測量方法，它包括下述步驟：

(1)對采集到的圖像進行高斯濾波；

(2)閾值搜索，并對圖像進行二值化；

(3)利用形態學濾波完成網格的消除；

(4)邊緣檢測，提取9個圓輪廓；

(5)輸出結果，采用PNP算法實現無人機與移動平臺間相對位姿測量。

所述的步驟一為相機在無人機整個飛行過程中采圖，無人機由遠及近接近合作目標，合作目標在整個圖像中所占的像素比由少及多，利用高斯濾波器對原始圖像進行濾波消除噪聲，根據目標像素尺度選擇合適的高斯核，核的大小與目標的尺度成正相關，保證在模糊線的同時不影響圓心的提取，在OpenCV中可通過函數GaussianBlur進行操作。

所述的步驟二為循環搜索算法通過選擇最大閾值和最小閾值，按照一定灰度間距進行搜索，對圖像只進行一次閾值的搜索，搜索到合適的閾值后，利用此閾值對當前幀圖像進行二值化，將識別到的目標區域轉成灰度直方圖，利用9個圓占整個目標區域的比例尋找合適的閾值，進行平滑濾波得到閾值，用于下一幀圖像的二值化處理。

所述的步驟三為鎖定目標區域后，利用形態學運算，先對目標區域進行膨脹，再對目標區域進行腐蝕，從而可以將網格的殘余點消除。