一种无人机自主着陆视觉定位方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机自主着陆视觉定位方法及系 统。
【背景技术】
[0002] 目前的那个悬停飞行器都具有垂直起飞着陆的功能，其主要的导航定位方法多为 依靠GPS或北斗等卫星导航系统。然而由于GPS和北斗等系统本身的发展水平，其水平定位 精度误差（X，Y方向）约为±3m，垂直定位精度误差（Z方向）则更大。导致飞行器着陆精 度较差。难以实现cm级的着陆精度，是许多有高精度自主着陆需求的应用场景无法实现， 如；自动返航充电、在船舶上着陆等。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种无人机自主着陆视觉定位方 法及系统，
[0004] 其技术方案为：一种无人机自主着陆视觉定位方法，包括如下步骤：1)采用GPS定 位系统确定目标方位范围；
[0005] 2)标定摄像头参数和位姿后，用第一摄像机拍摄步骤1)确定目标方位范围外标 记图案，将拍摄到的外标记图案经USB接口传递至嵌入式图像计算机，由嵌入式图像计算 机换算无人机距着陆点的三维坐标，并通过串口将计算的无人机距着陆点的三维坐标发送 至飞行控制计算机；
[0006] 3)由飞行控制计算机根据其得到的无人机距着陆点的三维坐标使无人机下降高 度至0.8m以下，并平移至步骤1)确定的目标方位范围的内标记图案，GPS定位系统转为图 像导航，第二摄像机拍摄内标记图案，将拍摄到的内标记图案经USB接口传递至嵌入式图 像计算机，由嵌入式图像计算机换算无人机距着陆点的三维坐标，并通过串口将计算的无 人机距着陆点的三维坐标发送至飞行控制计算机，匀速下降，并平移至内标记点直至触地。
[0007] 进一步地，步骤2)中摄像头参数包括内部参数和外部参数；
[0008] 所述内部参数标记的方法为：取大小为50cmX50cm方格为5cmX5cm的黑白棋盘， 以黑白棋盘的任意一个角为坐标原点建立坐标系，通过第一摄像机和第二摄像机分别拍摄 N组不同姿态的棋盘格图像，将拍摄到的棋盘格图像输入计算机获取相关坐标，解方程可以 获得内部参数，其方程如下：
[0009]
[0010] 式中的RjPh分别是每幅标定板图像坐标系与相机坐标系之间的旋转平移关系， Pi.j为坐标，A为所求内部参数；
[0011] 所述外部参数标记的方法为：由已确定的内部参数，采用第一摄像机和第二摄像 机拍摄标记目标一张图像，输入至计算机获取坐标关系，解方程可获取外部参数，其方程如 下：
[0012]
[0013] A为内部参数，P为第一摄像机和第二摄像机由计算机获取的坐标关系，g|为标 K卜i: 记目标的坐标，R与T为求解结果。
[0014] 一种无人机自主视觉定位系统，包括无人机本体，设置在无人机本体上的GPS接 收机和惯性测量装置，所述无人机本体底部设置有光电侦察平台，所述光电侦察平台上设 置有第一摄像机和第二摄像机；
[0015] 嵌入式图像计算机，与第一摄像机和第二摄像机分别连接，其中，嵌入式计算机还 连接有飞行控制计算机，所述飞行控制计算机与GPS接收机和惯性测量装置分别连接。
[0016] 进一步地，所述光电侦察平台与所述无人机本体通过吊舱式结构连接固定。
[0017] 进一步地，所述嵌入式图像计算机与第一摄像机和第二摄像机通过USB接口连 接。
[0018] 进一步地，所述嵌入式图像计算机通过串口连接至飞行控制计算机。
[0019] 本发明的有益效果为：本方案所涉及的系统和方法需要在无人机接近着陆点并进 入有效范围后，通过视觉计算精确估计出无人机与着陆点之间的相对位置和姿态，并发送 给无人机的飞行控制计算机，从而引导无人机精确降落到指定地点。
[0020] 说明书附图
[0021] 图1是本发明的系统结构示意图；
[0022] 图2是本发明的系统原理框架示意图；
[0023] 图3是本发明实施例标记点整体布局示意图；
[0024] 图4是本发明实施例图像识别位置示意图；
[0025] 图5是本发明实施例位姿计算原理示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图对本发明做详细说明。
[0027] 参照图1至图5,为了解决垂直起降飞行器，尤其是垂直起降无人飞行器的高精度 着陆定位问题，本发明提供了一种图像识别定位方法使飞行器能够实现达到cm级的高精 度自动着陆。本发明采用的技术方法是：一种无人机自主着陆视觉定位方法，包括如下步 骤：
[0028] 1)采用GPS定位系统确定目标方位范围；
[0029] 2)标定摄像头参数和位姿后，用弟一摄像机4拍摄步骤1)确定目标方位枢围外标 记图案，将拍摄到的外标记图案经USB接口传递至嵌入式图像计算机2,由嵌入式图像计算 机2换算无人机距着陆点的三维坐标，并通过串口将计算的无人机距着陆点的三维坐标发 送至飞行控制计算机3 ;
[0030] 3)由飞行控制计算机根据其得到的无人机距着陆点的三维坐标使无人机下降高 度至0.8m以下，并平移至步骤1)确定的目标方位范围的内标记图案，GPS定位系统转为图 像导航，第二摄像机5拍摄内标记图案，将拍摄到的内标记图案经USB接口传递至嵌入式图 像计算机2,由嵌入式图像计算机2换算无人机距着陆点的三维坐标，并通过串口将计算的 无人机距着陆点的三维坐标发送至飞行控制计算机3,匀速下降，并平移至内标记点直至触 地。
[0031] 摄像头参数主要是指摄像头本身固有的参数（内部参数）和安装参数（外部参 数）。其中，内参包括焦距、光心位置、畸变系数等，外参主要是指相机坐标系与其安装本体 (本应用中指无人机）坐标系之间的旋转平移关系。由于本次项目以功能演示为主，故考虑 对外参进行简化从而采用人工方式进行测量（即通过安装保证一定的旋转关系，仅人工测 量平移关系）。
[0032] 所述内部参数标记的方法为：取大小为50cmX50cm方格为5cmX5cm的黑白棋盘， 以黑白棋盘的任意一个角为坐标原点建立坐标系，通过第一摄像机4和第二摄像机5分别 拍摄N组不同姿态的棋盘格图像，将拍摄到的棋盘格图像输入计算机获取相关坐标，解方 程可以获得内部参数，其方趕如下：
[0033]
[0034] 式中的民和^分别是每幅标定板图像坐标系与相机坐标系之间的旋转平移关系， Pi.j为坐标，A为所求内部参数；
[0035] 参照图5,所述外部参数标记的方法为：由已确定的内部参数，采用第一摄像机4 和第二摄像机5拍摄标记目标一张图像，