无人机飞行途中视觉导航关键技术研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 无人机飞行途中视觉导航关键技术 研究 摘 要：视觉导航主要是一种自 主式导航方式，在 GPS 出现了特殊情 况时，视觉导航可以有效的取代并成为 辅助导航方式，这种方式对无人机惯性 导航系统实现远程航行时高精度的导航 具有积极作用。但是，由于受到自然环 境与飞行状态的影响，视觉导航会出现 鲁棒性差的问题，这将严重影响其价值 的发挥。本文将着重分析无人机飞行途 中视觉导航的关键技术，明确在复杂的 环境下，视觉导航中景象匹配导航及基 于序列图像的运动估计中的主要问题， 经过系统分析，为保证视觉导航更好的 运用于无人机飞行过程提出可行性建议。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中国论文网 /8/view-12925342.htm 关键词：无人机；视觉导航；技 术手段 中图分类号：V279 文献标识码： A 文章编号： 1671-2064（2017）04- 0029-01 无人机属于一种拥有动力、可进 行控制、可执行任务的无人驾驶飞行器。 这种设备相比有人驾驶飞机更体现出重 量轻便、雷达反射界面小、运行成本低 等优势，因此在侦察和攻击等军事化任 务中被广泛使用；在民用方面，常常适 合于气象监测、灾害预测等众多领域， 所以在国家受到了广泛重视。 1 视觉导航的基本概述 伴随着视觉传感器技术的发展， 计算机技术及人工智能技术的融合，一 种建立在计算机视觉匹配定位上的技术 手段应运而生，这就是视觉导航。视觉 导航具有自主性及可视性、智能化的特 点，因此它成为导航中最受瞩目的焦点， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 能够为无人机进行长途飞行时提供新的 辅助手段。视觉导航最为关键的技术是 自主导航技术，这种技术会根据需要导 航图与否来进行分门别类，如地图型和 无地图导航两种。地图型导航主要是依 靠事先储存的精准地理信息导航地图来 实现一帧实拍图像和导航地图的相互匹 配，这样经过适当的过程，就能实现飞 行器的有效定位，从而满足具体的需要 1。无地图导航就是建立在序列图像的 运动基础上进行估计，不需要任何导航 图的参与，这样经过对周边环境的感知， 来通过相邻两帧特征的变化，实现对于 两帧之间运动的估计，经过多帧累积计 算之后，实现飞行器的导航目标。总之， 无人机飞行途中视觉导航关键技术包含 着适配性分析、景象匹配定位及帧间特 征点的匹配等内容。 2 视觉导航关键技术的发展现状 2.1 计算机视觉与相关应用 计算机视觉又被称为机器视觉， 这是一种利用了计算机来模拟人视觉的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 功能，从而在图像中获取具体的信息， 并对这种信息进行处理并分析的检测、 测试及控制等。计算机视觉是一种交叉 性学科，常常涉及到多种领域，如图像 的处理、计算机科学及生理心理学等具 体的内容。计算机视觉被广泛的运用于 多种领域，同样是由硬件和软件两个重 要的部分组成，其中硬件包含着图像采 集卡及 PC 机等部分，可以实现对信息 的采集与处理；软件则是安装至 PC 中， 用来完成图像的处理和判断相关决策， 然后输出相应的控制信号。这种搭配， 使其在视觉导航中的应用打下了良好基 础2。 2.2 视觉导航技术的发展现状 伴随着计算机技术的发展与进步， 视觉算法的性能得到有效提升，并且其 运用的范围正在逐渐拓展，成为自动化 控制领域中测量位置及运动的传感器。 计算机硬件的发展与实时运行，使得计 算机视觉系统的应用范围越来越广，并 且处于稳步发展的趋势中。无人机飞行 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 途中视觉导航的应用可以使其自主着陆， 同时能够将视X 传感器引入到控制回 路中，确保估计算法可以从各种图像中 恢复运动和结构信息。 3 无人机视觉导航中的视觉处理 3.1 图像预处理 从视觉传感器中获取到的图像和 视频信息非常容易受到外界因素的干扰， 所以需要针对图像事先经过预处理过程， 这样才能及时进行去躁、灰度化、二值 化等工作。去躁的主要方式是滤波，这 个过程中可以有效的降低噪声污染，从 而保存完整的边缘信息，这种方式主要 是用于边缘跟踪的实用方法。图像的二 值化处理主要是针对标志物和背景进行 的操作，相关学者在降落的地点设计了 矩形框架标识物，然后对机载摄像机获 得的图像进行二值化处理，把标识物和 其他的背景进行移除3。 3.2 静止目标特征提取 在进行无人机小范围内的导引时， 无论是飞行还是降落，多是采用静止标 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 识物，它们可以进行专门的设计，比如 在降落的地点放置好具有颜色的标识物， 或者是利用原有的事物如楼房、天线等。 3.3 运动目标特征提取 无人机在实际飞行的过程中，可 以进行大范围的运动，这个时候就可以 利用地面上运动的事物来加以引导，作 为运动的标识物。比如地面上正在移动 的车辆、其他无人机等。运动目标特征 的提取可以使用特定的运动物体检测方 式，例如光流法及背景差法等4。 3.4 其他视觉问题 在无人机视觉导航中，处理对其 进行图像预处理和目标提取之外，也会 存在一些其他问题，比如遮挡物等，这 个时候可以利用绕过特征提取，把图像 中的参数作为一种控制输入。 4 结语 视觉导航中的图像预处理、目标 提取及跟踪等都是具体内容。在实际应 用的过程中，无人机的动力、载重及装 -精选财