[发明专利]微型无人机室内走廊飞行航向角误差视觉修正方法

说明书

本发明提供一种微型无人机室内走廊飞行航向角误差视觉修正方法，包括廊道线检测、偏离廊道线参数计算及航向角修正；无人机通过前视相机获取前方廊道图像，通过Hough变换对图像处理实现廊道检测，得到像素坐标系中廊道线的直线方程；利用无人机导航系统给出的距离地面高度和俯仰角数据、廊道线在像素平面中的直线方程以及相机标定得到的内参数，通过三角关系，计算出无人机偏离廊道线的角度和距离信息。利用无人机偏离廊道线的角度，采用卡尔曼滤波作为数据融合工具，实现无人机航向角的修正。本发明利用无人机偏离廊道线的角度和距离实现航向误差修正，避免航向角误差随时间不断发散，并保证无人机沿走廊中线直线飞行，避免与墙壁发生碰撞。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种微型无人机室内走廊飞行航向角误差视觉修正方法。

背景技术

随着科技的不断发展，微型无人机应用领域的不断快速发展，微型无人机在室内应用也越来越广泛。微型无人机室内飞行时，由于室内磁场环境复杂，无法使用磁力计进行航向角修正；微型无人机由于自身体积、重量和功耗的限制，无法采用对计算资源和功耗要求高的高精度的视觉导航(如VIO、SLAM)方案。因此，微型无人机室内飞行时，航向角由于没有合适的修正方法，将会不断漂移。

现有技术中，对于室内飞行定位的研究也取得了一定的成果，例如：中国专利CN201410350665.5中公开了一种微型无人机室内定位方法，该方法采用RGB-D相机和惯性测量单元实现室内定位。该方法虽然计算量比视觉里程计(VO)要小很多，但其依然存在特征点检测、匹配和传递，运算量对重量在150g以下的微型无人机来说依然不小；方案中使用了磁力计数据进行航向修正，在室内环境飞行误差很大；且RGB-D相机在体积、重量和功耗上对重量在150g以下的微型无人机依然难以承受。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种微型无人机室内走廊飞行航向角误差视觉修正方法，针对微型无人机在室内互成直角的走廊区域飞行时，采用计算量小的视觉检测方法实现狭道参数检测，并用于走廊飞行时的航向角修正，从而确保了微型无人机室内飞行时航向角的精度。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种微型无人机室内走廊飞行航向角误差视觉修正方法，包括廊道线检测、廊道线偏离角度和距离的计算以及航向角修正，具体包括以下步骤：

S1：获取无人机前方廊道场景图像；无人机前方廊道场景图像的获取可以直接采用安装在无人机前端的前视相机拍照获取。

S2：在无人机上的图像处理计算机中，对获取的图像进行处理，利用Hough变换实现廊道线检测，从而得到廊道线在像素平面中像素坐标系下的直线方程；

S3：根据廊道线在像素平面内的直线方程，利用无人机导航系统给出的无人机飞行高度和俯仰角以及前视相机内参数中的f_x和f_y，通过三角关系，计算出无人机偏离廊道线的角度和距离；其中，相机内参数中的f_x和f_y，单位是像素，是缩放倍率和焦距的乘积，由相机标定获得。

S4：利用无人机偏离廊道线的角度，采用卡尔曼滤波实现航向角的修正以及偏航轴Z陀螺零偏的估计。

无人机在室内走廊飞行过程中，其偏离廊道线的角度和距离是非常关键的参数，导航系统用该参数实现无人机航向误差的修正，避免了无磁力计辅助下航向角误差随时间不断发散；飞控系统获得该参数后用来控制无人机沿走廊中线直线飞行，避免无人机与墙壁发生碰撞。

进一步，步骤S2中廊道线在像素平面内的直线方程，计算过程如下：

步骤S2.1：采用自适应局部二值阈值检测方法，对步骤S1获取的廊道场景图像进行二值化处理，获取廊道基本信息，实现廊道初步检测；

步骤S2.2：对步骤S2.1得到的二值化后的图像进行图像形态学处理；