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基于视觉的四旋翼飞行器自主着陆和位姿估计

张晓龙  
【摘要】:飞行器着陆是飞行器飞行过程中的重要阶段,基于视觉的无人飞行器着陆控制近年来成为无人飞行器控制领域研究的热点。在着陆控制的过程中,利用图像特征的位置姿态估计算法将直接影响无人飞行器的控制精度。本文将四旋翼飞行器作为飞行平台,对基于视觉的无人飞行器的视觉着陆和位置估计进行了相关研究。 首先,介绍了飞行器视觉着陆的原理,设计了“H”型的着陆目标图像。基于摄像机与飞行器的固连关系,利用针孔透视投影模型以及世界坐标系到机体坐标系之间的转换,得到基于视觉的飞行器位姿估计模型。 其次,针对着陆标志的特点,设计了检测点特征的图像处理算法。在经过阈值分割、中值滤波、角点检测等图像处理流程后可得到着陆标志特征点在图像上的映射点,并设计了基于特征点像素坐标信息的位姿估计算法,并将其作为目标跟踪控制的输入。为了验证图像处理算法的正确性,搭建了基于Visual Studio的着陆图像处理算法仿真验证平台。 最后,对本文使用的AR.Drone飞行器的直立式摄像头进行了标定,得出摄像头的内参矩阵。在Visual Studio平台下用C#编写了地面控制台软件,软件主要实现了图像处理算法、位姿估计算法以及目标跟踪算法。进行了四旋翼飞行器的自主着陆实验,实验表明本文设计的算法可用于飞行器的视觉着陆。


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