[發明專利]一種基于視覺識別的無人機自主降落方法

在審

• 申請號: 202011458563.7
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112486207A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 趙越
• 申請（專利權）人: 山東力聚機器人科技股份有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 深圳至誠化育知識產權代理事務所(普通合伙) 44728
• 代理人: 劉英

1.一種基于視覺識別的無人機自主降落方法，其特征在于：包括雙目相機校正與標定(1)—著陸地標選取(2)—近距離著陸地標定位(3)—遠距離著陸地標定位(4)，具體步驟如下：

雙目相機校正與標定(1)：通過給相機進行校正和標定，可以將世界坐標系下任何一點轉換到像素坐標系下；

著陸地標選取(2)：通過選擇合適的著陸地標來降低計算得到的無人機的姿態誤差并保障定位精度；

近距離著陸地標定位(3)：通過近距離著陸地標定位，可以給地標附近的無人機提供準確的定位信息，通過圖像處理中Canny算子提取邊緣輪廓，可以通過邊緣輪廓嵌套信息，得到著陸標志碼的位置探測圖形，為近距離自主降落提供精確的定位信息，完成降落；

遠距離著陸地標定位(4)：當距離著陸地標碼較遠時，無法通過左上角、右上角、右下角的位置探測圖形得到定位信息，通過連通域分析算法，篩選出疑似區域，并對疑似區域做判斷，最終可以確定地標碼的質心位置，實現遠距離自主降落。

2.根據權利要求1所述的一種基于視覺識別的無人機自主降落方法，其特征在于：所述雙目相機校正與標定中(1)，設置有兩臺型號相同的照相機，通過相機內部的感光器件(CCD)進行光信號轉換，可以將外部的光信號轉換為數字信號，便于計算機的讀取和寫入，由于相機在成像過程中一般會發生畸變，從而使得像素點在成像面上的位置發生偏移，通過對相機的校正和標定可以解決相機成像過程中產生的畸變，將兩臺相機設置在不同的位置，通過這兩臺相機可以拍攝到有視差的兩張視圖，然后對有視差的兩張視圖進行匹配，最后通過三角測量法便可以求得三維空間中的物體距離相機光心的距離。

3.據權利要求1所述的一種基于視覺識別的無人機自主降落方法，其特征在于：所述雙目相機校正與標定(1)中包括畸變校正(11)，所述畸變校正(11)中，通過從標定板圖像中提取多條標定板上直線，將所提取出直線通過擬合單參數除法畸變模型，最終得到平行雙目相機的徑向畸變中心(x,y)和畸變參數，所述雙目相機校正與標定(1)中包括雙目相機標定(12)，由于張氏標定法的測距誤差較大，且不穩定，通過采用平行雙目的三參數標定的模型，使得需要標定參數少，在一定程度上簡化標定流程，提高標定精度。

4.據權利要求1所述的一種基于視覺識別的無人機自主降落方法，其特征在于：所述著陸地標選取(2)中，無人機在著陸飛行過程中，當著陸地標出現在相機視野中時，采用遠距離定位算法結合平行雙目相機恢復著陸標志的三維信息，通過飛控系統控制無人機逐步向地標三維信息減小的方向移動，達到設定距離閾值，啟用近距離定位算法，并完成無人機姿態角估計，最終完成降落，此外，著陸地標會影響計算無人機姿態角度的精確度，姿態誤差不同，通過選用組合圖形作為著陸標志可以為自主著陸提供更為豐富的信息，使得姿態誤差降低，從而可以保障定位精度。

5.據權利要求1所述的一種基于視覺識別的無人機自主降落方法，其特征在于：所述近距離著陸地標定位(3)中包括圖像濾波與去噪(31)，由于相機成像系統的工作環境、傳輸介質等原因都會引入噪聲，從而導致成像質量下降，因此需要對相機采集到的圖像先進行預處理，消除噪聲的影響，通過使用圖像平滑的方式，來減少空間域的噪聲，通過采用低通濾波器來消除頻域中高頻段的噪聲。

6.據權利要求1所述的一種基于視覺識別的無人機自主降落方法，其特征在于：所述近距離著陸地標定位(3)中還包括邊緣提取(32)，邊緣通常意味著一種紋理區域的結束和另一種紋理區域的開始，因此，邊緣的灰度值常不連續，通過采用Canny邊緣檢測算法可以提高邊緣的定位精度，降低漏檢率，通過高斯濾波器對圖像進行平滑，對去噪后的圖像，分別在x方向和y方向求取梯度值，當梯度值增大時，表示圖像的邊緣特征被增強，接著通過非極大值抑制找到像素點的局部最大值，可以將非邊緣點刪去，最后通過雙閾值方式將噪聲點排除，保留邊緣點。