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：
[0036]
[0037] 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，|?|为标 记目标的坐标，R与Τ为求解结果。
[0038] 一种无人机自主视觉定位系统，包括无人机本体1，设置在无人机1本体上的GPS 接收机7和惯性测量装置8,所述无人机本体1底部设置有光电侦察平台6,所述光电侦察 平台6上设置有第一摄像机4和第二摄像机5 ;
[0039] 嵌入式图像计算机2,与第一摄像机4和第二摄像机5分别连接，其中，嵌入式计算 机2还连接有飞行控制计算机3,所述飞行控制计算机3与GPS接收机7和惯性测量装置8 分别连接。
[0040] 进一步地，所述光电侦察平台6与所述无人机本体1通过吊舱式结构连接固定。
[0041] 进一步地，所述嵌入式图像计算机2与第一摄像机4和第二摄像机5通过USB接 口连接。
[0042] 进一步地，所述嵌入式图像计算机2通过串口连接至飞行控制计算机3。
[0043] 参照图2,摄像头负责采集场景图像，并通过USB接口发送给嵌入式计算机2。在 嵌入式计算机2上运行图像处理与位姿计算程序，如果在图像中检测到视觉标记并计算出 结果后，将计算得到的相对位姿通过串口发送至飞行控制计算机3。
[0044] 参照图3和图4,原理为：在正常飞行状态仍然采用GPS等导航定位方法，进入着 陆区后采用2级图像识别获取cm级的高精度定位坐标，参照图3,在着陆区标记点的整体布 局。其中圆1的半径为3m，圆2的半径为1. 5m。圆1的设置是考虑到GPS定位误差。圆2 是放置外标记的基准。内外标记均由黑白棋盘格组成。外标记供大范围相机观察计算，大 小为0. 5mX0. 5m，棋盘格单元大小为50mmX50mm。内标记供小范围相机观察计算，大小为 A4纸，内标记点即为最终着陆点，棋盘格单元大小为30mmX30mm〇
[0045] 参照图4,由于着陆区的半径彡GPS导航定位误差，所以当飞行器返航进入着陆区 (半径3m，高度4m)上空悬停时，首先由第一摄像机4会拍摄到外标记图案，通过嵌入式计 算机2图像识别算法计算出飞行器距圆心着陆点的三维坐标并输出到飞行控制计算机3。 此时飞行器由GPS导航状态转为图像导航状态，根据第一摄像机4给出的坐标下降高度至 0. 8m以下并平移至距内标记点附近，即距内标记点±0. 5m氛围内；此时第二摄像机5拍摄 到内标记图案，飞行器根据第二摄像机5给出的坐标输出到飞行控制计算机3,匀速下降， 并平移至内标记点直至触地。由于图像识别的定位精度（X，Y，Z三轴）可以达到<lcm，开 始飞行器实现准确的着陆。
[0046] 以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上实施方式对 本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行 修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。
【主权项】
1. 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； 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； 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。2. 根据权利要求1所述的一种无人机自主着陆视觉定位方法，其特征在于：步骤2)中 摄像头参数包括内部参数和外部参数； 所述内部参数标记的方法为：取大小为50cmX 50cm方格为5cmX 5cm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：式中的民和t i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，P ^ 为坐标，A为所求内部参数； 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：A为内部参数，为第一摄像机和第二摄像机由计算机获取的坐标关系，为标记目 标的坐标，R与T为求解结果。3. -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，其特征在于：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； 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。4. 根据权利要求3所述的一种无人机自主视觉定位系统，其特征在于：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。5. 根据权利要求3所述的一种无人机自主视觉定位系统，其特征在于：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。6. 根据权利要求3所述的一种无人机自主视觉定位系统，其特征在于：所述嵌入式图 像计算机通过串口连接至飞行控制计算机。
【专利摘要】本方案所设计系统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，并发送给无人机的控制机构，从而引导无人机精确降落到指定地点。并提供了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；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。
【IPC分类】B64D47/08, G06K9/00, G01S19/13, G06T7/00
【公开号】CN105335733
【申请号】CN201510818326
【发明人】王辉
【申请人】西安韦德沃德航空科技有限公司
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月23日