[發明專利]一種基于LED圓環檢測的四旋翼無人機相對位姿估計方法

有效

• 申請號: 202011135322.9
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112308900B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 閆飛;初玉濱;莊嚴
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06T7/62
• 分類號: G06T7/62;G06T7/73;G06T7/80;G06F30/15;B64C27/08
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 劉秋彤;梅洪玉

一種基于LED圓環檢測的四旋翼無人機相對位姿估計方法，屬于四旋翼無人機技術領域。通過在四旋翼無人機槳葉的上表面安置LED燈，利用四旋翼槳葉的旋轉特性構造LED圓環，位于上方的無人機通過下視的攝像頭對LED圓環進行檢測，進而估計出相對位姿。本發明所需要硬件簡單，LED燈和攝像頭均為常見硬件，不需布置外部設備，適應性強。

技術領域

本發明屬于四旋翼無人機技術領域，特別涉及到一種四旋翼無人機相對位姿估計方法。

背景技術

近年來，無人機的應用愈加廣泛，多機協作配合的任務也越來越多，如無人機編隊表演、多無人機環境探索等。多無人機進行配合需要獲取相互的位置信息，用于運動規劃和避免相互碰撞，從而完成指定的任務。因此相對位姿估計對與多無人機協作任務具有重要意義。

無人機的相對位姿獲取可分為兩種，一種依賴GPS(Global Positioning System，全球定位系統)或GPS-RTK(GPS-Real-time kinematic，一種采用載波相位動態實時差分的定位方法)提供的位姿信息，一種是無人機主動感知周圍環境的相對位姿估計方法。GPS可以為四旋翼提供定位信息，但其定位精度通常只能達到米級，并且GPS的動態響應能力差，容易因建筑物遮擋等外界因素丟失衛星信號，因此不能滿足多機協作的要求。而GPS-RTK定位精度高，可以達到厘米級別，但是成本高昂，并且需要提前架設基站，在很多場景中無法使用。而無人機主動感知周圍環境的相對位姿估計方法依賴自身傳感器，對外部依賴程度小，適應性強，因此很多研究人員對此開展了研究。

文獻(C.Forster,M.Pizzoli and D.Scaramuzza.SVO:Fast semi-directmonocular visual odometry[C].IEEE International Conference on Robotics andAutomation(ICRA),Hong Kong,2014:15-22.)提出一種半直接的單目視覺里程計算法，通過攝像頭采集環境圖像，利用幀與幀之間特征點的光度誤差計算幀間位姿，并對多個關鍵幀之間的特征點重投影誤差進行優化，得到更精確的無人機位姿估計。該方法速度快，適合無人機的實時位姿估計，但其位姿估計的全局坐標系由算法進行初始化時決定，在多無人機協作飛行時，各飛機的全局坐標系不是統一的，因此無法直接計算無人機之間的相對位姿。

文獻(馬俊杰,黃大慶,仇男豪,等.基于合作目標識別的無人機相對位姿估計[J].電子設計工程,2020,028(010):1-6.)提出的基于合作目標識別的無人機相對位姿估計方法，設計了由大寫字母H和圓形邊緣組成的合作目標，并使用改進的YOLO網絡在攝像頭圖像中提取合作目標，結合透視投影原理，解算無人機與合作目標的位置關系。該方法將無人機的定位問題轉換為合作目標的檢測識別任務，從而可完成無人機相對于合作目標的位姿估計。但是該方法需要事先安置合作目標裝置，并且無人機活動范圍受合作目標裝置的制約，因此無法擴展到無固定合作目標的多無人機相對位姿估計。

發明內容

為解決現有技術不足，本發明提供一種基于LED圓環檢測的四旋翼無人機相對位姿估計方法。通過在四旋翼無人機槳葉的上表面安置LED燈，利用四旋翼槳葉的旋轉特性構造LED圓環，位于上方的無人機通過下視的攝像頭對LED圓環進行檢測，進而估計出相對位姿。本發明所需要硬件簡單，LED燈和攝像頭均為常見硬件，不需布置外部設備，適應性強。

本發明技術方案：

一種基于LED圓環檢測的四旋翼無人機相對位姿估計方法，步驟如下：

(1)四旋翼無人機槳葉LED圓環的設計