一种基于视觉的飞行装置着陆方法及装置与流程

本发明属于无人机，涉及一种飞行装置着陆方法，具体是一种基于视觉的飞行装置着陆方法及装置。

背景技术：

1、在垂起固定翼无人机的飞行过程中，无人机自主着陆阶段是事故的高发阶段。一般是因为rtk依赖的移动站、固定站、天线、无线数传等设备，易受到卫星状况、天气环境、数据链传输状况以及高程数据等因素影响（具体因素见表 1），进而导致执行任务时定位信息不准确偏离着陆点，甚至在着陆范围较小时出现机器损坏，炸机等情况。因此精准安全的辅助着陆系统是可以大大减少事故数量，保证无人机安全。

2、rtk影响因素包括：（1）卫星状况：在矿区、高山峡谷深处和密集森林区，卫星信号被遮挡无信号；（2）天气环境：受电离层干扰、固定站与移动站两地的天气差异大；（3）数据链传输状况：高大山体、建筑物和各种高频信号源干扰，如移动站靠近高压电等强干扰源导致信号衰减严重；（4）高程数据：山区高程数据存在误差或不存在，gps大地高程转换海拔高程精度低。

3、当rtk失效时或误差偏差较大且着陆平台过小时，为保证无人机的安全着陆，亟需一种基于视觉的飞行装置着陆方法及装置，在无人机下降至15m-0.5m高度间（可根据不同高度场景选择合适的aruco码尺寸），通过多个aruco码排列的方式与无人机建立三维空间模型实时计算出无人机与着陆点中心之间的偏差，控制无人机飞向着陆点，逐步缩小与着陆中心之间的偏差，若无人机在0.5m高度时偏差依旧大于安全范围则降落至备降点，实现指定地点无人机的安全自主着陆。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于视觉的飞行装置着陆方法及装置，以解决现有技术中无人机的辅助着陆系统精度不高的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

3、一种基于视觉的飞行装置着陆方法，具体包括以下步骤：

4、步骤1，飞行装置获取着陆平台的图像；

5、步骤2，检测并识别步骤1获取的图像上的标识；

6、步骤3，判断步骤2识别的标识是否可构成至少一个三角形，是则进入步骤4，否则返回步骤1；

7、步骤4，在至少一个三角形中基于预设规则选取三角形abc，通过飞行装置所携带的图像获取装置h标定得到的标定参数，根据标定参数分别计算所述图像获取装置h与所选取的三角形abc对应的三个标识的中心之间的距离；

8、步骤5，通过所述三角形abc与步骤4计算得到的距离建立以所述三角形abc为底面，以所述图像获取装置h为顶点的三棱锥；

9、步骤6，计算所述图像获取装置h在所述三角形abc所在平面的投影点h；

10、步骤7，判断步骤6得到的图像获取装置h的投影点h是否位于着陆范围内，是则执行下降程序，否则飞行装置基于投影点h与目标着陆点o的偏差调整位置后重复执行步骤1至步骤7。

11、本发明还包括以下技术特征：

12、所述步骤6具体包括以下步骤：

13、步骤6.1，通过所述三棱锥体积和底面积确定三棱锥顶点h与其在三角形abc所在的平面上的投影点h之间的距离；

14、步骤6.2，分别计算投影点h与三角形abc的三个顶点之间的距离；

15、步骤6.3，选取所述三角形abc中的一个顶点为原点，按逆时针或顺时针建立直角坐标系作为局部坐标系；

16、步骤6.4，通过余弦定理计算在步骤6.3中建立的局部坐标系中点h坐标（hx,hy）。

17、步骤6.3具体为：

18、若三角形abc为等腰直角三角形，以等腰直角三角形的直角边顶点为原点，逆时针或顺时针建立直角坐标系；

19、若三角形abc为非等腰直角三角形，以建立可三角形时选取的距离图像中心最近的标识为原点，逆时针或顺时针建立直角坐标系。

20、所述步骤7具体包括以下步骤：

21、步骤7.1，将以着陆平台目标着陆点o为原点的全局坐标系转换为局部坐标系，获得原点o在局部坐标系中的坐标为o（ox，oy）；

22、步骤7.2 ，通过公式（3）计算投影点h与目标着陆点o的偏差r；

23、（3）

24、其中：

25、和分别为投影点h在局部坐标系中的横坐标和纵坐标；

26、和分别为目标着陆点o在局部坐标系中的横坐标和纵坐标；

27、步骤7.3 ，判断步骤7.2得到的偏差r是否满足rr，是则表示相机投影点位于着陆范围内，即无人机处于着陆平台的可着陆范围内，执行着陆操作；否则表示相机投影点位于着陆范围外，即无人机不在着陆范围内，需重新调整位置；

28、所述着陆范围为以着陆平台中心为圆心，半径为r的圆。

29、步骤7还包括：

30、飞行装置基于投影位置与目标着陆点o的偏差调整位置超出预设时间或距离着陆平台距离小于预设距离仍无法调整至着陆范围内时，飞行装置降落至备降点。

31、所述基于预设规则选取三角形包括：在多个三角形中优先选择小三角形，中三角形次之，最后选择大三角形；和/或

32、在当前帧识别的标识组成的三角形中，优先选择距离图像中心最近的三角形。

33、所述着陆平台上的标识的部署方式包括多边形部署或圆形部署；

34、所述多边形部署为标识按照行列进行部署，行间距和列间距相等；

35、所述圆形部署为标识由圆心向外逐层次按圆形分布。

36、所有所述标识的尺寸相同。

37、所述标识与着陆平台上的充电触点不重合。

38、一种基于视觉的飞行装置着陆装置，基于所述基于视觉的飞行装置着陆方法，包括数据采集模块、检测模块、建模模块和着落控制单元；

39、所述数据采集模块用于控制飞行装置获取着陆平台的图像；

40、所述检测模块用于检测并识别获取的图像上的标识、判断识别的标识是否可构成至少一个三角形以及在至少一个三角形中基于预设规则选取三角形abc；

41、所述建模模块用于通过飞行装置所携带的图像获取装置h标定得到的标定参数分别计算所述图像获取装置h与所选取的三角形abc对应的三个标识的中心之间的距离，通过所述三角形abc与计算得到的距离建立以所述三角形abc为底面，以所述图像获取装置h为顶点的三棱锥，以及计算所述图像获取装置h在所述三角形abc所在平面的投影点h；

42、所述着落控制模块用于判断图像获取装置h的投影点h是否位于着陆范围内，是则执行下降程序，否则飞行装置基于投影点h与目标着陆点o的偏差调整位置后重复执行所述基于视觉的飞行装置着陆方法。

43、本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

44、本发明在无人机着陆阶段，可帮助无人机安全着陆，降低了着陆阶段无人机由于rtk失效或发生偏差时，发生危险的概率；此外，无人机下降至15m-0.5m高度间，通过多个标识排列的方式与无人机建立三维空间模型实时计算出无人机与着陆点中心之间的偏差，控制无人机飞向着陆点，逐步缩小与着陆中心之间的偏差，若无人机在0.5m高度时偏差依旧大于安全范围则降落至备降点，实现指定地点无人机的安全自主着陆。适用于着陆范围较小的着陆平台，定位精度可控制在0.05m内。