[发明专利]一种基于视觉的旋翼无人机三维目标定位方法

说明书

技术领域

本发明属于视觉测量领域，具体涉及一种基于视觉的旋翼无人机三维目标定位方法。

背景技术

随着无人机的应用推广，基于视觉的无人机目标定位已成为一大热点问题。现有的单目视觉定位方法都是以得知目标所在地形的高度为前提的，只是实现目标的二维平面定位，并需要通过数字高程地图或气压计测得目标高度，往往带来额外开销。另外，因旋翼无人机具有成本低、可定点悬停和垂直起降等优势，在民用领域得到越来越广的应用。考虑传感器成本、体积等限制，旋翼无人机一般配备低精度AHRS惯性测量系统等传感器。由于AHRS系统本身存在的航向偏差，将给目标三维定位带来更大的困难和挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于视觉的旋翼无人机三维目标定位方法，能够在不依赖数字高程地图和气压计的条件下，利用旋翼无人机对目标进行三维视觉定位。

实现本发明的方案如下：

一种基于视觉的旋翼无人机三维目标定位方法，包括以下步骤：

步骤一、利用搭载在无人机上的摄像机拍摄图像，并将图像回传到地面站；

步骤二、从回传的图像中选择具有清晰轮廓的静态物体作为标志物，并对标志物进行视觉识别；

步骤三、利用视觉识别的结果对标志物进行多点视觉测量，利用双目视觉模型计算无人机相对于标志物的高度，根据相对高度运用线性回归的方法计算航向偏差；

步骤四、选择摄像机视野里的任一目标，利用航向偏差得到无人机的真实航向，进而实现对目标的三维精确定位。

进一步地，步骤三的具体过程如下：

步骤3.1、利用视觉识别的结果对标志物进行多点视觉测量，得到N点测量值，所述测量值包括无人机拍摄点在惯性参考系{I}的位置姿态(ψ₁,θ₁,φ₁)…，(ψ_N,θ_N,φ_N)，标志物在图像中像素位置其中，ψ_i,θ_i,φ_i分别为方位角，俯仰角和横滚角，i代表第i个测量点，i＝1,2,...N；

步骤3.2、设基线距的阈值为D_pt，当无人机在视觉测量的任意两个点之间的距离T≥D_pt，则选取这两个点的测量值，

其中，

V为无人机的飞行速度，f_GPS为GPS的更新频率；

把先视觉测量的图像作为左视图L，后视觉测量的图像作为右视图R，构成双目视觉模型，无人机相对于标志物的高度h为

其中，f为摄像机的内参数焦距，无人机位置P_I＝[x y z]^T，经过坐标变换将P_I转换为无人机的机体坐标系{B}的位置P_B＝[x_b y_b z_b]^T，目标点在两幅图像的视差d为姿态矩阵为

其中，和分别为机体坐标系{B}下右、左视图所对应的无人机位置的x方向坐标，和分别右、左视图在图像坐标系下的像素位置的y方向坐标；

步骤3.3、对满足T≥D_pt的任意两个视觉测量点配对为一组，共有n组，利用公式（2）计算每组相对高度h_j，j＝1,2,...n，然后求平均值

步骤3.4、获得相对高度后，基于摄像机的测距模型和线性回归方法计算航向偏差δψ。

有益效果：

（1）本发明所提供的方法不依赖数字地形高程图或气压计，仅采用视觉测量方法确定相对高度，有效节约成本，真正意义上对目标进行三维定位；

（2）本发明所提供的方法针对配备低精度AHRS系统的旋翼无人机，并在考虑航向偏差的影响下，实现对目标的精确三维定位。

附图说明

图1为本发明的旋翼无人机目标三维定位系统结构图；

图2为本发明所提供方法的流程图；

图3为本发明所使用的双目视觉模型示意图；

图4为本发明所使用的单目摄像机测距模型示意图；

图5为本发明所提供方法的目标定位效果图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。