[發明專利]一種基于視覺的無人機機庫多階段精確降落方法

在審

• 申請號: 202110797653.7
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113377118A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 金云峰;鄭恩輝
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種基于視覺的無人機機庫多階段精確降落方法。無人機飛至機庫上方空域，機庫停機坪上有降落標志，通過機載攝像機向下俯視采集圖像，實時控制自主降落：第一階段，圖像識別得降落標志中的正方形，調整水平位置，再降落；降落中圖像內不能完整捕捉到正方形，則進入第二階段；第二階段，識別降落標志中的同心圓和航向角參考線，用同心圓調整平位置，用航向角參考線調整航向，繼續降落；在降落到預設高度閾值以下時，不再調整直接降落，直至無人機降落至機庫的停機坪上。本發明方法可使無人機降落過程中能夠全程準確定位無人機機庫的降落點位置，引導無人機實現機庫的定點降落。

技術領域

本發明屬于無人機控制技術領域的一種無人機降落方法，尤其涉及了一種基于視覺的無人機機庫多階段精確降落方法。

背景技術

目前無人機機庫降落多采用RTK定位或采用一個H形標記圖像進行輔助降落，存在以下幾點局限性：

1、雖然RTK定位精度誤差小(10cm)，但是易被干擾且RTK信息容易出現丟失，這會導致無人機機庫降落誤差較大，從而導致無人機降落到機庫外；

2、只有一個標記圖像，需要將相機采集該標記的整體圖像，識別圖像中心點,才能實現精確降落,即需要將相機對準該標記才能實現精確降落。但是，當無人機飛行高度較大時，為了相機能夠采集到標記的整體圖像，標記圖像的面積一般較大；當無人機下降到一定高度后相機便無法采集該標記的整體圖像，導致無法識別圖像中心點，無人機會在空中相對降落點出現尺度漂移等情況。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種基于視覺的無人機機庫多階段精確降落方法，使四旋翼無人機實現自主精準的降落在機庫停機坪上，以對其進行固定保護、充電續航以及移動運載。

本發明的技術方案為：

無人機飛至機庫上方的空域，機庫的停機坪上布置有無人機機庫降落標志，并開始通過無人機的機載攝像機向下俯視采集圖像，根據圖像實時控制進行自主降落：

第一階段，通過圖像識別獲得降落標志中的正方形，根據正方形來調整無人機的水平位置，調整后進行下降降落；隨著無人機高度下降，圖像內不能完整捕捉到正方形，即圖像內無法識別出完整的正方形，此時進入無人機機庫自主降落第二階段；

第二階段，識別降落標志中的同心圓和航向角參考線，根據同心圓調整無人機的水平位置，根據航向角參考線調整無人機的航向，調整后繼續進行降落；當無人機降落到預設的高度閾值以下時，不再調整無人機的水平位置和航向，直接降落，直至無人機降落至機庫的停機坪上。

所述的無人機機庫降落標志主要由正方形、兩個同心圓組成，兩個同心圓均布置在正方形的正中央且同心布置，兩個同心圓直徑大小不同，較小的同心圓劃分為兩個半圓；兩個半圓的填色不同，其中一個半圓和兩個同心圓之間圓環的填色相同，另一個半圓和正方形的填色相同。

具體實施中，兩個半圓的填色用黑色和白色劃分。

所述的正方形為黑色，兩個同心圓之間的圓環采用白色，同心圓由一個黑色半圓和一個白色半圓構成，黑色半圓和白色半圓之間形成一條黑白分明的分界線作為航向角參考線。

所述的第一階段中，根據正方形來調整無人機的水平位置，具體為：

通過圖像識別檢測到正方形的質心位置C₁(u_square，v_square)，并將質心位置C₁的坐標值與圖像的中心點P₀(u₀，v₀)對應坐標值進行運算得到圖像平面坐標系下的坐標值P_i(x_i，y_i)作為無人機中心與降落標志中心在像平面坐標系中的偏差，