专利名称：基于大小回字标志物的多旋翼无人机位姿获取方法
技术领域：
本发明属于无人机技术领域，特别是基于大小回字标志物的多旋翼无人机位姿获取方法。
背景技术：
近年来，随着地震、洪水、核污染等大型自然灾害频发，小型多旋翼无人机的研究逐渐成为无人机研究的热点。特别在小型多旋翼无人机自主导航及着陆方面，怎样更精确的得到小型多旋翼无人机的位姿信息显得格外重要。这几年应用最多的就是通过GPS和IMU (惯性导航设备)的组合来测无人机的位姿信息。但是GPS的应用有很大的局限性只能在户外而且在有干扰信号的情况下检测的结果误差很大，导致无人机在自主飞行和着陆的时候不能精确定位，这就会造成无人机的损毁，并且IMU价格昂贵，影响经济效益。
机器视觉凭借可以获得更多的2维信息、拓展性强、可以避免GPS的的一些局限性，并且具有体积小、功耗低、价格便宜等优点，使其在无人机自主导航及着陆方便显得格外重要。此技术通过CXD摄像头获取图像，通过图像处理技术提取需要的信息，经过一定的转换及运算获得无人机的位姿信息。本发明提出了基于大小回字标志物的小型多旋翼无人机位姿估计方法，实现了小型多旋翼无人机精确自主着陆。目前针对小型多旋翼无人机的位姿检测方面有公开号为CN101833761A，发明名称为基于合作目标特征线的无人机位姿估计方法的发明专利，该专利公开了一种通过无人机上的摄像头识别已知图片，提取特征线，通过灭影点和灭影线在像平面上的位置唯一的由该直线或平面的方向决定，它们与摄像机的空间姿态有着确定的关系来计算无人机的姿态信息。此方法虽然可测，但是当无人机在着陆到接近地平面的时候精确度大大降低。公开号为CN101201248，名称为基于无人机的航空近景摄影位移测量系统及其方法的发明专利，该专利公开了一种通过在目标区域进行拍照，利用部分已知点坐标，对拍摄的照片按照近景摄影测量的的理论进行处理计算，得到目标区域未知点的3维坐标，将不同时期的照片所得到的3维坐标进行比较，就可以得到该点的位移，通过差分的方法进而得到目标点得表面位移。此方法要事先进行大量图片的获取，并且要进行处理分析，然后与实时获取的图片进行比对，工作量大、应用价值也不高。在SpringLink 中有一篇《Indoor UAV Control Using Multi-CameraVisualFeedback》中运用的是两个摄像头进行无人机位姿的估计的文章，虽然能测出位姿，但是这就会增加了无人机的负荷量，相对小一点的无人机就负载不了，有局限性，本发明专利采用单目摄像头小巧轻便大大减轻无人机的负载量。

发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种位姿确定精度高的基于大小回字标志物的多旋翼无人机位姿获取方法。
实现本发明目的的技术解决方案为一种基于大小回字标志物的多旋翼无人机位姿获取方法，包括以下步骤步骤一、根据无人机与标志物的相对高度来确定目标标志物，所述标志物为外边长长度为10倍关系的正方形大小回字；步骤二、根据步骤一中确定的目标标志物，建立无人机(XD摄像头与目标标志物之间的关系1旲型；步骤三、根据步骤二中建立的模型，利用直接线性变换法获取无人机的方位角和相应时刻无人机的位置信息。进一步地优化方案，本发明基于大小回字标志物的多旋翼无人机位姿获取方法中，步骤一中确定目标标志物的方法具体为(1-1)、利用OPENCV图像处理工具寻找标志物大小回字的轮廓，再计算大小回字的轮廓面积；(1-2)、判断无人机与标志物的相对高度，当该相对高度大于I米时，保留大回字轮廓面积，提取相应的角点坐标；否则，保留小回字轮廓面积，提取相应的角点坐标。进一步地优化方案，本发明基于大小回字标志物的多旋翼无人机位姿获取方法中，步骤二中，建立模型的方法如下(2-1)、构建无人机CXD摄像头坐标系oexeyc;z。、图像坐标系ouxuyu和目标标志物的三维世界坐标系是owxwywzw,其中，oexe//ouxu, ojJ/ouyu, oczc丄n。； n。是摄像头拍摄的图像平面，Q0是摄像机光轴与图像平面的交点坐标；(2-2)、确定空间任意一点在目标标志物的三维世界坐标系与无人机CXD摄像头坐标系的关系模型如下
权利要求
1.一种基于大小回字标志物的多旋翼无人机位姿获取方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤一、根据无人机与标志物的相对高度来确定目标标志物，所述标志物为外边长长度为10倍关系的正方形大小回字； 步骤二、根据步骤一中确定的目标标志物，建立无人机CCD摄像头与目标标志物之间的关系|吴型； 步骤三、根据步骤二中建立的模型，利用直接线性变换法获取无人机的方位角和相应时刻无人机的位置信息。
2.根据权利要求I所述的基于大小回字标志物的多旋翼无人机位姿获取方法，其特征在于，所述步骤一中确定目标标志物的方法如下 A、利用OPENCV图像处理工具寻找标志物大小回字的轮廓，再计算大小回字的轮廓面积； B、判断无人机与标志物的相对高度，当该相对高度大于I米时，保留大回字轮廓面积，提取相应的角点坐标；否则，保留小回字轮廓面积，提取相应的角点坐标。
3.根据权利要求I所述的基于大小回字标志物的多旋翼无人机位姿获取方法，其特征在于，所述步骤一中，大回字为外边长为70厘米的正方形，小回字为外边长为7厘米的正方形。
4.根据权利要求I所述的基于大小回字标志物的多旋翼无人机位姿获取方法，其特征在于，所述步骤二中，建立模型的方法如下 (2-1)、构建无人机CXD摄像头坐标系cv^^z。、图像坐标系ouxuyu和目标标志物的三维世界坐标系是owxwywzw,其中，(DeXcZA)uXu, ojJ/ouyu, oczc丄π。； π。是摄像头拍摄的图像平面，Q0是摄像机光轴与图像平面的交点坐标； (2-2)、确定空间任意一点在目标标志物的三维世界坐标系与无人机C⑶摄像头坐标系的关系模型如下
5.根据权利要求I所述的基于大小回字标志物的多旋翼无人机位姿获取方法，其特征在于所述步骤三中，获取无人机的方位角和相应时刻无人机的位置信息，具体如下 Α、首先建立数字图像坐标系，再根据数字图像坐标系与无人机CCD摄像头坐标系之间存在
全文摘要
本发明公开了一种基于大小回字标志物的多旋翼无人机位姿获取方法，首先根据无人机与标志物的相对高度来确定目标标志物，所述标志物为外边长长度为10倍关系的正方形大小回字；其次根据确定的目标标志物，建立无人机CCD摄像头与目标标志物之间的关系模型；最后根据建立的模型，利用直接线性变换法获取无人机的方位角和相应时刻无人机的位置信息。该方法可以精确的获取无人机的位姿。
文档编号G01C21/00GK102967305SQ201210418160
公开日2013年3月13日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者王伟, 朱海飞, 胡凯, 翁理国, 夏旻, 马浩 申请人:南京信息工程大学