[发明专利]基于视觉信息的无人机飞行中空间位置实时计算方法

说明书

技术领域

本发明属于数字视频图像处理技术领域，具体涉及一种基于视觉信息的无人机飞行中空间位置实时计算方法。

背景技术

近年来，随着无人机技术的不断发展，无人机不仅在军事上得到了广泛的应用，而且逐渐延伸到民用场合。在军事上，它可用于空中侦察、电子干扰、通信中继、目标定位、战场监视和边境巡逻等，民用上可用于航空摄影、灾情监测、地球物理探矿、航空摄影等。

以往，无人机主要依靠惯性导航系统（Inertial Navigation System,INS）和全球定位系统（Global Position System,GPS）进行导航，然而，导航过程中惯性器件具有累积误差，对初始值过于敏感，而GPS并不是总是可获取的，并且即使是可以获取，其精度往往满足不了无人机导航的需要。

另外，无线电信号和GPS信号传输易受阻塞，抗干扰能力不强，在军事隐蔽侦察上优势并不明显。据报道，伊朗宣称其破解了美军GPS信号，控制了通信链路，并成功诱骗、捕获了美军的一架在伊朗境内执行任务的RQ-170“哨兵”无人侦察机。2009年9月13日，美军一架MQ-9“收割者”无人机在阿富汗北部山区执行任务时失去控制，美军无奈之下派战斗机将其击落，以防止其飞入塔吉克斯坦或中国领空。这些事故的发生都是由于无人机通信链路受阻或被敌方破译并接管，接收虚假导航位置信息，降低了自身可靠性。

GPS信号容易受干扰，容易受他国控制，惯导/GPS组合导航精度有限。也正是由于这些原因，为了提高无人机自主飞行和防欺骗能力，人们对无人机自主导航产生了很大的研究兴趣，并形成了近期无人机研究领域里的一个热点，而视觉导航自主性强，导航参数的获得不依赖外部设备，获得信息量大，完全由飞机自身提供，抗干扰能力强，位置定位和识别更加准确，对实现飞机的自主导航非常有利。

目前视觉导航以相对位置定位为主，例如飞机在着陆过程中，以地标如跑道边线为参考，对飞机姿态不断做出调整，以达到安全着陆的目的。导航绝对位置定位的方法比较少，在无人机飞行过程中，利用GPS/INS组合导航，并基于视觉的辅助导航实现了更为准确的导航定位，但在通信链路失效的情况下，利用视觉导航进行绝对位置定位显得更加重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，针对无人机自身特点，提出了基于视觉信息的无人机飞行中空间位置实时计算方法，结合图像处理技术，利用图像特征，对比先验信息，获得无人机空中位置信息，提高无人机自主性。

基于视觉信息的无人机飞行中空间位置实时计算方法，包括以下几个步骤：

步骤一，建立无人机飞行航线地貌数据库；

步骤二，航点检测；

步骤三，数据采集；

步骤四，数据匹配；

步骤五，获取位置信息。

本发明的优点在于：

（1）利用无人机机载资源及设备，进行无人机空间位置的绝对定位；

（2）利用可见光、红外等自然信息，隐蔽性好；

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明的图像信息匹配流程图；

图3是本发明的无人机拍摄点和地貌中心点几何关系图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明的基于视觉信息的无人机飞行中空间位置实时计算方法，流程如图1所示，包括以下几个步骤：

步骤一，建立无人机飞行航线的地貌数据库；

根据无人机预先规划好的航线，在无人机连续可观察到的视野范围内，提取多种地貌环境诸如居民区、植被、公路、水域等图像和位置信息，并计算地貌图像的颜色、纹理、直线、角点、SIFT等多种特征，存储入库；

具体为：首先对规划好的航线采集航点，即信号灯塔、立交桥或者摩天大楼等建筑物地标，然后计算航点的点线特征并存储，其步骤如下：

（1）获取无人机航线的航点；

根据无人机预先设定的规划航线，选取无人机航线上的航点，利用多载荷设备采集航点的信息；

无人机飞行航线航点类型包括如下几种：信号灯塔、立交桥或者摩天大楼等建筑物地标，建筑物地标具有特征明显且难以复制的特点，选取建筑物地标作为航点，有利于提高本发明方法的可靠性。

根据规划航线，利用多载荷设备采集航点的多种信息，包括地标图像信息、对应高程信息及导航位置信息等；

（2）计算特征；