[發明專利]一種基于Kinect的多個四旋翼飛行器室內跟蹤定位方法

在審

• 申請號: 201811483235.5
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109472814A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 王耀南;羅瓊華;周顯恩;陳彥杰;譚建豪;佘馮建;鐘杭;劉芯;李瑞涵;李希;關佳;賴立海;鄧焱文
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06T7/11;G06T7/66;G06T7/73;G06T7/90
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 龔燕妮

本發明公開了一種基于Kinect的多個四旋翼飛行器室內跟蹤定位方法，其步驟為：(1)通過Kinect傳感器獲取四旋翼飛行器在室內飛行的彩色圖像以及深度圖像；(2)在彩色圖像上選取三個四旋翼飛行器作為跟蹤目標；(3)利用camshift算法對選定的三個四旋翼目標進行跟蹤；(4)獲取三個四旋翼在Kinect下的中心位置的二維坐標，再結合Kinect的深度圖像，得到三個四旋翼飛行器的x，y，z三維坐標，實現三個四旋翼飛行器的室內跟蹤定位。該發明相對于單目標跟蹤可以跟蹤識別多個運動目標，并實時返回多個目標的位置信息，實現實時定位的功能。

技術領域

本發明涉及一種基于Kinect的多個四旋翼飛行器室內跟蹤定位方法。

背景技術

目前，隨著遠程遙控和自動控制技術的高速發展，無人飛行器在軍事、農業、物流、電影等領域展現出極大的潛力，多機協同工作也是時代發展的需要。多個四旋翼飛行器實現自主飛行完成相應的任務，必須實時獲得各個四旋翼飛行器的精確位置和姿態，因此需要安裝一套能夠對其進行定位的系統。在室內定位領域，GPS定位系統存在精度不高，更新速度慢以及數據容易跳變等缺陷，同時在室內GPS信號較弱，天氣條件、云層太厚也會影響GPS信號的接收。另外機載視覺由于傳感器本身的質量和功耗較大，對飛行器自重產生較大影響。

發明內容

本發明針對室內GPS信號較弱，四旋翼機載視覺自重影響較大而導致定位精度不高的問題，提出了一種基于Kinect的多個四旋翼飛行器室內跟蹤定位方法，利用Kinect深度數據的CamShif目標跟蹤方法進行多個旋翼飛行器目標跟蹤，定位精度高，穩定性好。

一種基于Kinect的多個四旋翼飛行器室內跟蹤定位方法，包括以下步驟：

步驟1：啟動位于室內的Kinect傳感器，采集在室內飛行的四旋翼飛行彩色圖像視頻和深度圖像視頻；

步驟2：從首幀彩色圖像中，手動選取四旋翼作為跟蹤目標，以選取的四旋翼的最小外接矩形框設定目標搜索窗，獲取首幀彩色圖像中各四旋翼的質心初始二維坐標，同時，結合首幀彩色圖像對應的深度圖像，獲取各四旋翼的質心初始三維坐標；

質心初始二維坐標是手動選取四旋翼所在目標搜索窗的中心點坐標；

步驟3：基于各四旋翼的質心初始二維坐標，利用Camshift算法對Kinect傳感器實時采集的視頻圖像中四旋翼進行跟蹤，并獲得各四旋翼在各幅彩色圖像中的質心二維坐標；

其中，H和W分別是彩色圖像分辨率的高和寬，I(x_i,y_i)是圖像坐標(x_i,y_i)的像素值，為目標搜索窗零階矩陣，和分別為目標搜索窗內圖像坐標(x_i,y_i)的橫坐標x和縱坐標y的一階矩；

步驟4：將步驟3獲得的各四旋翼在各幅彩色圖像中的質心二維坐標(x_ic，y_ic)，結合Kinect傳感器采集的深度圖像，獲取各四旋翼在各幅深度圖像中的質心三維坐標；

步驟5：將各四旋翼在各幅深度圖像中的質心三維坐標轉換到世界坐標中，獲得各四旋翼在室內的飛行軌跡(x_w,y_w,z_w)，實現四旋翼的室內跟蹤；

x_w＝z_wtanθ_h，y_w＝z_wtanθ_v

θ_v＝0.0652y₁，θ_h＝0.0648x₁