[發明專利]一種基于屏幕光通信的無人機定位方法及系統

在審

• 申請號: 202011435354.0
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN114627398A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 文考;趙毓斌;須成忠;劉敦歌
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: G06V20/40
• 分類號: G06V20/40;G06V10/25;G06V10/74;G06K9/62;G01S5/16
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 魏毅宏

1.一種基于屏幕光通信的無人機定位方法，其特征在于：該定位方法具體包括：

選取電子屏，并設置電子屏上的標志物圖像使其具有對稱性；

設置圖像采集器，包括無人機、設置在無人機上的圖像采集模塊、以及用于調節無人機高度的固定支架；所述圖像采集模塊上設置攝像頭，用于采集電子屏上的標志物圖像得到包含標志物圖片的視頻流；

構建深度學習模型，提取所述圖像采集器傳輸的視頻流，并對標志物圖片進行識別，得到標志物圖像在圖片中的預測位置；

根據所述標志物圖像的預測位置，進行圖像處理得到其中標志物圖案對應的坐標；

根據所述標志物圖案對應的坐標，進行距離測量，得到標志物圖案中心到攝像頭連接的直線距離；

進行角度測量，并結合所述直線距離得到攝像頭到電子屏的實際距離，完成無人機定位。

2.根據權利要求1所述的基于屏幕光通信的無人機定位方法，其特征在于：采用SSD300模型來完成對標志物圖片的識別，具體識別過程如下：

在SSD300模型中輸入圖像采集器傳輸視頻流的一幀圖片；

將所述圖片經過VGG-16網絡進行特征的初步抽取，得到特征圖；

采用定位器生成預測候選框，將候選框選中的區域作為待識別特征圖；

將待識別特征圖進行處理轉化，得到轉化后的特征圖；

根據轉化后的特征圖，通過全連接分類器輸出圖片中標志物圖像的位置和相似程度估計值；

選取相似程度估計值大于預設值的候選框，并將其像素位置作為最終的預測位置。

3.根據權利要求2所述的基于屏幕光通信的無人機定位方法，其特征在于：所述模型進行訓練的損失函數定義為位置誤差與置信度誤差的加權和，即：

其中，N為定位器生成的候選框數量；x為指示參數；c為類別置信度預測值；l是定位器生成的候選框的位置坐標；g是人工標記的標志物圖片的位置坐標；α為權重系數，設為1；

所述位置誤差的定義如下：

所述置信度誤差的定義如下：

4.根據權利要求2所述的基于屏幕光通信的無人機定位方法，其特征在于：所述圖像處理過程包括：

將所述預測位置對應的目標區域進行擴大調整，使其能夠覆蓋整個標志物圖像，得到目標區域圖片；

對所述目標區域圖片進行二值化處理，將其轉換為黑白圖片；

根據所述黑白圖片對所述標志物圖像進行邊界抑制，使其與背景圖片剝離，得到帶孔區域圖片；

將所述帶孔區域填充為整塊白色的像素區，計算所有帶孔區域的中心位置和區域位置，并對其中的標志物圖案進行形狀檢測，得到標志物圖案的具體位置；

根據所述標志物圖案的具體位置，對標志物圖案進行排序得到其對應的坐標。

5.根據權利要求4所述的基于屏幕光通信的無人機定位方法，其特征在于：所述圖像轉換的閾值T采用OSTU算法進行計算，具體為：

對于圖像I(x，y)，其前景和背景的分割閾值作T，前景像素點數占整幅圖像的比例為ω₀，其平均灰度μ₀；背景像素點數占整幅圖像的比例為ω₁，其平均灰度為μ₀；總平均灰度為μ，類間方差為g；圖像的大小為M×N，圖像中像素的灰度值小于閾值T的像素個數為N₀，大于閾值T的像素個數為N₁；則得到如下公式：

ω₀＝N₀/M×N；ω₁＝N₁/M×N；N₀+N₁＝M×N；μ₀+μ₁＝1；μ＝ω₀×μ₀+ω₁×μ₁

g＝ω₀(μ₀-μ)²+ω₁(μ₁-μ)²

由上述公式得到:

采用遍歷的方法取T值，得到使類間方差g最大時的閾值T。