[發明專利]基于可見光及紅外光視覺的機載目標定位系統及方法

有效

• 申請號: 201910020633.1
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109801336B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 宋子午;歐陽旭東;姜春雷;劉曉沖;馬國梁
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/80;G06T7/13;G06T5/30
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 孟睿

本發明提出了基于可見光及紅外光視覺的機載目標定位系統及方法，該系統包括圖像采集模塊、圖像處理模塊、電源模塊以及外圍電路模塊，所述圖像采集模塊包括可見光攝像頭和/或紅外光攝像頭，所述圖像采集模塊通過DVP接口與圖像處理模塊連接，所述圖像處理模塊用于對采集的圖像進行解算，得到攝像頭的姿態位置信息以及目標圖像慣性方向向量，所述外圍電路模塊包括看門狗電路、通訊電路以及存儲電路，所述外圍電路與圖像處理模塊電性連接，所述電源管理模塊用于供電。本發明采用PnP姿態解算方法，實現短距離精確姿態求解，避免使用雙目視覺，減小無人機的工作載和處理器的運算量，提高處理速度。

技術領域

本發明屬于無人機導航輔助設備技術，具體為基于可見光及紅外光視覺的機載目標定位系統及方法。

背景技術

現有的無人機定位都比較依賴于GPS衛星定位和慣性傳感器，這就需要無人機攜帶大量計算和存儲設備，其算法復雜度高，運算周期長，使得無人機體積和重量偏大；這種定位方式依賴無人機平臺，功能定制性不強。

現有對無人機的引導功能主要是通過裝備有GPS模塊的可移動地面站實現，雖然對無人機有較好的引導功能，但該方法中的無線傳輸鏈路易受電磁干擾，而GPS模塊信號在有建筑物遮擋或云層較厚等情況下會受到影響甚至丟失。這些都是引導功能實現過程中的不穩定因素。室內環境導航常用的是采用測距傳感器來獲取外界環境信息,如聲納傳感器。聲納傳感器利用發射一列聲波與接受發射波的時間間隔來感知周圍環境的距離信息，數據處理簡單、實時性好的優點而被廣泛使用，但聲納傳感器存在測量誤差較大,容易受環境因素如溫度、濕度和反射聲納材料等影響。

專利號201820475707.1一種無人機雙目視覺定位番茄采摘裝置，專利號201610849257.3一種基于GPS的雙目融合定位方法和裝置，均采用雙目視覺定位，內容步驟中都使用了兩幅圖像的校準和匹配，這不僅將大大增大運算器的負擔，也將增大無人機的載荷，限制其續航時間。另外，雙目視覺在單位時間內需要處理兩幅圖像，效率是單目視覺算法的一半。角點檢測算法方面，專利號106097356一種基于Spiking的圖像角點檢測方法，運用了神經網絡，對于運算平臺要求很高，而且耗時會比普通圖像處理算法長。專利號105513037角點檢測方法及裝置，采用模板匹配的方法識別特征，這種算法較為常用，但會因為像素點是離散的而產生誤判，常常在平滑的曲線上也會檢測出角點。這種方法會增大后續處理的數據量，甚至導致最終結果的錯誤。

發明內容

本發明的目的在于提出了基于可見光及紅外光視覺的機載目標定位系統。

實現本發明的技術解決方案為：一種基于可見光及紅外光視覺的機載目標系統，包括圖像采集模塊、圖像處理模塊、電源模塊以及外圍電路模塊，所述圖像采集模塊包括可見光攝像頭和/或紅外光攝像頭，所述圖像采集模塊通過DVP接口與圖像處理模塊連接，所述圖像處理模塊用于對采集的圖像進行解算，得到攝像頭的姿態位置信息以及目標圖像慣性方向向量，所述外圍電路模塊包括看門狗電路、通訊電路以及存儲電路，所述外圍電路與圖像處理模塊電性連接，所述電源管理模塊用于供電。

優選地，所述圖像處理模塊對采集的圖像進行解算，得到攝像頭的姿態位置信息以及目標圖像慣性方向向量的具體方法為：

步驟1、對機載攝像頭進行標定，得到攝像頭標定參數；

步驟2、提取目標輪廓得到輪廓點集并對各個輪廓點集中的點進行周期剔除；

步驟3、對輪廓點集中剩余的點集按照分數進行排序，并把所有剩余輪廓點集包圍區域確定為ROI；

步驟4、對分數最高的輪廓進行判斷，檢測原始圖像對應的ROI處，顏色或者亮度是否與目標顏色或者亮度匹配，若不匹配則對下一排序輪廓進行判斷；若匹配成功，則對輪廓進行角點檢測，并得到角點的圖像上坐標值；

步驟5、根據角點圖像上坐標值，通過PnP算法解算出攝像頭的姿態位置信息，同時計算目標主慣性方向向量。