[发明专利]一种基于视觉的旋翼无人机三维目标定位方法

摘要

本发明公开一种基于视觉的旋翼无人机三维目标定位方法，利用搭载在无人机上的单一摄像机拍摄目标图像，并将图像回传到地面站；选择具有明显特征的标志物，并进行视觉识别；然后对该标志物进行多点图像测量，基于双目视觉模型和相关数据处理方法计算无人机相对于目标所在地形的高度，获得相对高度后，运用线性回归的方法计算航向偏差；接下来，操作人员可选择摄像机视野里的任一静止或运动目标，实现目标的三维精确定位。本发明在同一次的飞行任务进行，飞行前段计算航向偏差和相对高度，飞行后段进行三维精确定位；本发明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，真正意义上实现对目标的三维定位。

主权项

一种基于视觉的旋翼无人机三维目标定位方法，其特征在于，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)…，(ψN,θN,φN)，标志物在图像中像素位置其中，ψi,θi,φi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Dpt，当无人机在视觉测量的任意两个点之间的距离T≥Dpt，则选取这两个点的测量值，其中，Dpt=int(N+12)*VfGPS---(1)]]>V为无人机的飞行速度，fGPS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h=fTd---(2)]]>其中，f为摄像机的内参数焦距，无人机位置PI＝[x y z]T，经过坐标变换将PI转换为无人机的机体坐标系{B}的位置PB＝[xb yb zb]T，目标点在两幅图像的视差d为姿态矩阵为CbI=cosψcosθcosψsinθsinφ-sinψcosφsinψsinφ+cosψsinθcosφsinψcosθcosψcosφ+sinψsinθsinφsinψsinθcosφ-cosψsinφ-sinθsinφcosθcosφcosθ]]>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≥Dpt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hj，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；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。