[发明专利]一种飞机降落相对姿态动态视觉测量方法及系统

说明书

本申请涉及一种飞机降落相对姿态动态视觉测量方法及系统，其中，该方法包括：对飞机进行目标跟踪并采集图像；获取飞机的标定位姿；根据标定位姿将飞机的三维模型投影到二维平面，基于此初始化外观模型；以及确定后续图像对应的位姿，包括：步骤A，根据外观模型对当前帧进行目标分割得到第一分割结果；步骤B，将上一帧的位姿设置为当前帧的初始位姿；步骤C，根据初始位姿将飞机的三维模型投影到二维平面，并进行目标分割得到第二分割结果；步骤E，根据交叉熵损失函数确定目标分割损失；步骤F，以最小化目标分割损失为目标确定位姿更新值；步骤G，根据位姿更新值更新初始位姿，返回步骤C进行迭代优化直至收敛，得到当前帧的位姿。

技术领域

本申请涉及计算机领域，尤其涉及一种飞机降落相对姿态动态视觉测量方法及系统。

背景技术

降落是飞机全部飞行过程中最容易发生事故的阶段。这一过程要求飞机以最优的速度、姿态降落在全长3km左右的跑道上。对于在航空母舰上降落等特殊任务，飞机需要准确降落在300米左右长的降落甲板上，对于固定翼飞机，其需要以特定姿态着陆以便尾勾勾住阻拦索。这对飞机着陆过程中飞机相对于跑道的位姿的准确测量及控制提出了较高要求。

目前，对于飞机相对于跑道或舰艇的姿态测量通常使用机载惯性导航系统与舰艇搭载的惯性导航系统配合获得，该系统具有技术成熟，输出速度快，精度高的优点。但是惯性导航系统存在随时间累积的误差，需要GNSS系统辅助补偿修正误差。在特殊环境下的应用受到限制。利用GNSS系统，在飞机上部署多个卫星天线，也可实现飞机的定姿、定位目标。此方案无须初始对准，不存在随时间积累的误差，具有高精度、低成本、重量轻的特点，但是受卫星信号质量的限制。此外，无线电雷达及激光雷达等通过向目标发送扫描波束，结合伺服平台数据可实现飞机的定位功能，但不能获得飞机姿态。

相关技术中，提出使用机载视觉的方式辅助测量飞机相对舰艇的位姿，这些方法通常采用机载成像设备对舰艇上已知的显著特征点、标志物或者人工设置的辅助目标进行拍摄，识别出对应目标后作进一步融合计算。受飞机载荷限制，这些算法通常较为简单，难以进行复杂处理，精度难以提升，且作用距离有限。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种飞机降落相对姿态动态视觉测量方法及系统。

第一方面，本申请提供了一种飞机降落相对姿态动态视觉测量方法，包括：对飞机进行目标跟踪并采集图像，以获得飞机位于图像中预设范围内的图像；获取飞机的标定位姿，其中，标定位姿是基于采集的作为初始图像的一帧图像标定得到的；根据标定位姿将飞机的三维模型投影到二维平面，得到标定位姿对应的目标图像和目标掩膜图像；根据所述标定位姿对应的目标图像和目标掩膜图像初始化外观模型；以及按照以下方式确定目标跟踪的过程中在初始图像之后采集的每帧图像对应的位姿：步骤A，根据外观模型对当前帧图像进行目标分割得到第一分割结果，其中，第一分割结果包含当前帧图像中各个像素归属于飞机的概率；步骤B，将上一帧图像的位姿设置为当前帧图像的初始位姿，其中，当上一帧图像为初始图像时，初始位姿为标定位姿；步骤C，根据初始位姿将飞机的三维模型投影到二维平面，得到初始位姿对应的目标掩膜图像；步骤D，基于初始位姿对应的目标掩膜图像进行目标分割得到第二分割结果，其中第二分割结果包含目标掩膜图中各个像素归属于飞机的概率；步骤E，根据交叉熵损失函数确定第一分割结果与第二分割结果之间的目标分割损失；步骤F，以最小化目标分割损失为目标确定位姿更新值；步骤G，根据位姿更新值更新初始位姿，返回步骤C进行迭代优化直至收敛，将收敛时的初始位姿作为当前帧图像的位姿，并根据当前帧图像更新外观模型。