[实用新型]一种无人机合作目标识别视觉辅助着陆的系统

说明书

本实用新型提供一种无人机合作目标识别视觉辅助着陆的系统，包括位于无人机下方的相机、图像处理模块和靶标板，靶标板包括多个尺寸不同的靶标，靶标之间相互独立而非嵌套式，靶标尺寸依次增大或者减小，靶标为aruco图案；图像处理模块包括检测识别aruco图案模块和姿态解算模块。本实用新型采用多种尺寸非嵌套、尺寸依次减小或增大的靶标设计，确保无人机在下降到不同高度时，相机始终可以拍摄到不同尺寸的靶标，提高识别率和实用性，同时提高姿态估计的准确性和实时性。

技术领域

本实用新型属于无人机控制领域，具体涉及一种无人机合作目标识别视觉辅助着陆的系统，尤其适用于动平台的辅助着陆。

背景技术

近几年来，随着无人机行业飞速发展，无人机的飞行安全尤为重要。无人机自主降落过程是事故的高发阶段，尤其是对于体积大、重量大、成本高的行业无人机而言，它们通常在比较恶劣的环境下执行任务，例如风浪较大的船上，所以精确且安全的自主降落是十分必要的。传统的无人机视觉辅助降落方法主要借助相机镜头对周围人为设置的图形符号集的感知，以及地面站实时传输的视频图像，帮助飞手将无人机降落到指定地点。该方法未能实现无人机真正的自主降落，不仅多种符号集指示单元成本较高，而且从准备指示图标到完成真正的辅助降落的耗时较长，实用性较差。对于传统方法采用的靶标形状如“H”形，圆形以及十字形靶标，由于飞行过程中镜头不能完全保证一直垂直照射靶标，图像的透视变换容易造成靶标的漏识别，而且这种靶标设计也很有可能与地表其他形状相似的物体产生误识别。此外在识别过程中由于受靶标尺寸约束，当无人机飞行较近时，靶标容易超出视野范围。为避免这一问题，传统方法主要采用嵌套式的靶标设计。传统的嵌套式靶标主要有两种，一种是同心嵌套，一种是非同心嵌套。对于简单的同心嵌套，如多个同心圆嵌套，这样的靶标设计多适用于静平台的辅助着陆。当降落平台的运动方式发生突然改变时，相机视野中的同心大小靶标可能会同时超出视野范围。另一种为非同心嵌套，虽然一定程度上避免了同心嵌套存在的问题，但是小图标覆盖在大图标上，改变了大靶标原来的内部图像结构，增加了大靶标的识别难度。此外传统方法采用的靶标一般不具有方向性，很难实现无人机首尾的准确降落，而且大多利用单一靶标估计相机姿态，计算结果不够准确。对于夜间或是光照较差条件下的无人机自主降落，传统方法也无法实现。由此可见传统方法对于实现低成本、高精度、操作简单的无人机动平台自主着陆还有很多缺点和不足。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种无人机合作目标识别视觉辅助着陆的系统，包括位于无人机下方中心位置的相机、图像处理模块和靶标板；所述靶标板包括多个尺寸不同的靶标，靶标之间相互独立而非嵌套式，靶标尺寸依次增大或者减小，所述靶标为aruco图案；所述图像处理模块内设有检测识别aruco 图案模块和姿态解算模块。

所述靶标板水平放置在动平台上，相机和图像处理模块相连接，将靶标板的图像信号传递给检测识别aruco图案模块，然后将检测识别结果传递给姿态解算模块。

所述检测识别aruco图案模块既识别靶标的外形轮廓又对其内部进行分割解码，得到靶标角点的像素坐标和ID号，避免图像发生透视变换或是与近地面形状相似物体发生漏识别或是误识别，大大增强了靶标识别的准确性；所述姿态解算模块根据相机内参和畸变参数将靶标角点的像素坐标转化到相机坐标系下的三维坐标，进一步得到靶标坐标系和相机坐标系的转化关系，解算出相机相对于每个靶标的姿态信息，不同尺寸的靶标对于相机姿态解算的结果不同，根据不同尺寸靶标的位置关系，将不同相机姿态数据转化到相对于最小靶标坐标系下，再利用优化算法迭代收敛到最优结果，将优化后的无人机相对于最小靶标的三维位置和三维姿态信息实时输出给无人机的飞行控制系统。

得到相机相对于靶标的三维姿态信息后，利用相机坐标系和无人机的机体坐标系之间的转换关系，即可得到无人机相对最小靶标的姿态信息。