基于序列图像的无人机进近着陆跑道识别与跟踪研究

跑道的准确识别与跟踪,是基于视觉的无人机自主着陆的重要条件.利用单目视觉获取进近着陆过程中实时跑道序列图像,经过Canny边缘检测算法和基于梯度方向的Hough变换处理,将同一跑道上的2条边缘线识别出来,并进行实时跟踪.最后利用大量真实的室外道路模拟跑道图像,以DM642为核心处理器设计视觉处理系统,结合固定翼无人机进近阶段着陆飞行特点,对设计的相关算法及视觉系统进行验证.结果表明所设计方法可以在进近着陆阶段准确提取跑道目标,并能够满足无人机着陆实时性要求.     

四旋翼无人机单目视觉自主着陆系统研究

以基于计算机视觉技术实现四旋翼无人机自主着陆为目标,采用Pixhawk开源飞控和mavros技术,设计黑白相间的正方形分级嵌套地标,然后通过单目摄像头采集图像数据输入机载图像处理上位机NVIDIA TX2中进行图像处理,并结合OpenCV函数库功能完成地标检测识别,最终实现四旋翼无人机位姿解算与自主着陆.     

编者按

在基于视觉导航的自主着降过程中,旋翼无人机受到自身机械振动和复合风场环境等因素的干扰,降落精度低、速度慢,影响集群回收的安全性.针对这一问题,提出一种基于模糊控制和视觉导航的集群自主着降算法.首先无人机集群飞至降落区域后,无人机通过目标检测算法找到自身对应的降落标识,再利用像素距离解算出无人机与对应降落标识间的实际水平距离,然后通过模糊化、模糊推理、去模糊化得到无人机精准对准降落点的控制指令,最终实现集群精准着降.仿真实验与实际飞行实验结果表明,该算法具有更高的鲁棒性,可有效提升无人机集群着降的速度.     

无人机视觉导航着陆标识检测与分割方法

为实现基于视觉导航无人机自主着陆任务,提出一种无人机视觉导航着陆标识检测与分割方法。在Tiny-YOLO网络基础上融入自下而上的特征增强结构,得到Mark-YOLO网络。针对无人机硬件平台计算能力不足的问题,对网络模型进行裁剪,减少网络模型的参数量;对目标检测算法提取到的无人机着陆标识进行图像分割处理,获取降落标识的轮廓信息。实验结果表明:本文提出的Mark-YOLO算法具有更高的准确率;裁剪后的网络模型具有更少的参数量与更小的权重,且检测到的着陆标识通过图像分割方法处理后,可取得良好的分割效果。     

基于计算机视觉的无人机位姿估计

本文给出了无人机着陆过程中利用帧间图像提取的特征点进行无人机运动估计的算法。采用Shi-Tomasi-Kanade特征提取算法进行特征点的提取与匹配,然后建立视觉信息与无人机位姿的关系,通过对帧间图像单应性矩阵的求解,对无人机进行相对位置和姿态的估计。仿真结果表明,该算法能够有效地提高匹配速度,降低误匹配率,较好的估计无人机的相对位置和姿态信息。     

基于模糊控制的无人机集群视觉着降

在基于视觉导航的自主着降过程中,旋翼无人机受到自身机械振动和复合风场环境等因素的干扰,降落精度低、速度慢,影响集群回收的安全性。针对这一问题,提出一种基于模糊控制和视觉导航的集群自主着降算法。首先无人机集群飞至降落区域后,无人机通过目标检测算法找到自身对应的降落标识,再利用像素距离解算出无人机与对应降落标识间的实际水平距离,然后通过模糊化、模糊推理、去模糊化得到无人机精准对准降落点的控制指令,最终实现集群精准着降。仿真实验与实际飞行实验结果表明,该算法具有更高的鲁棒性,可有效提升无人机集群着降的速度。     

无人机密集编队穿越竞速导引算法

针对无人机密集编队穿越门框竞速问题,提出了一种时间近似最优的导引算法。首先,对穿越竞速问题进行了阐述;其次,在单架无人机穿越门框导引模型推导的基础上,研究了其穿越门框的导引算法,该算法具有在期望时间内将无人机导引到目标点的能力;最后,针对多架无人机编队穿越竞速问题,提出了基于飞行时间控制和脱靶量控制的穿越算法,该算法具有良好的时间近似最优性能;仿真结果表明,所设计的导引算法能够使无人机编队在期望时间内完成穿越竞速,且具有极低的脱靶量和导引时间误差;可为无人机集群避障与防撞控制提供技术支撑。     

基于连续自适应均值漂移和立体视觉的无人机目标跟踪方法

为设计一种可自动跟踪、避障的无人机视觉导航技术,将无人机同时搭载双目和单目摄像头:单目摄像头采集无人机相对于被跟踪物体的图像,并采用经Kalman预测器优化的连续自适应均值漂移算法对目标进行有效跟踪;双目摄像头实时采集无人机前进方向上的图像信息,并利用SGM算法计算深度图以分割出无人机前进方向上的障碍物信息。无人机在跟踪目标物体的同时,可自主避开行进方向上的障碍物。实验结果表明,该方法可以有效引导无人机持续、精确地对目标物体进行跟踪,并在跟踪过程中及时躲避前进方向上的障碍物。     

多对多无人机空战的智能决策研究

针对能够进行自主空战的无人机,设计了一套空战流程.建立了基于双方位置、姿态和能量等的优势函数评价体系,通过改进的混合粒子群优化算法实现了多对多空战的目标分配,结合改进的Double Q-learning算法设计了无人机的机动决策策略,并在4对4空战场景下进行仿真验证.仿真结果显示无人机可以很好地追踪并击败敌方目标,还能够协同其他友方无人机攻击敌方无人机.同时算法具有很好的时效性,表明所提出的方法能够有效地解决多对多空战的问题.     

基于改进黄金分割法的MPPT算法研究

光伏发电系统中最大功率点跟踪技术是提高光伏发电效率的主要技术,基于在线短路电流法和黄金分割法,提出一种全新的MPPT算法,即改进黄金分割法;与传统MPPT算法相比,该算法既保证了最大功率跟踪的快速性,又保证了其精确性;最后,通过Matlab仿真模型进行仿真,结果验证了该算法的优越性.     

多连杆混联仿生腿式起落架设计与着陆实验研究

针对垂直起降飞行器对着陆场地的硬度及平整性要求高、传统起落架智能化程度低的问题,设计了一种基于多连杆混联机构的仿生腿式地形自适应起落架。本文首先针对单腿的设计构型进行驱动力矩分析与机构优化,在此基础上完成结构设计。其次基于设计构型提出了相应的驱动与运动控制算法,建立控制系统,并针对四腿机构进行着陆仿真。最后以多旋翼无人机为对象,设计了一套仿生起落架系统,与多旋翼无人机形成了整体的验证平台,实现地形识别-飞控-多腿控制融合设计,完成了搭建结构化地形的自适应着陆实验。研究结果表明,多连杆混联式仿生起落架设计方法可应用于垂直起降飞行器起落架的设计中,可完成设计载重的斜坡、台阶、凹凸地面等复杂地形的着陆,具备自适应着陆的能力。     

基于HVS的液晶显示中半色调处理方案

提出了基于人类视觉系统(HVS)的应用于液晶显示中半色调处理的客观评价方案.该评价体系不受主观因素的干扰,通过选取改进的符合人眼视觉特性的对比度灵敏度函数(CSF)模型,分别计算出经6种常用半色调技术处理前后图像的加权信噪比,用Matlab对各种算法的处理效果进行模拟,结合主客观的评价结果进行分析,表明该评价方法对选择用于液晶显示的半色调处理方案具有一定的指导意义,对深入理解和改进半色调技术提供了有效的途径.     

基于TECS|H_□的无人机纵向着舰系统设计

针对无人机纵向自动着舰,运用总能量控制系统建立无人机纵向自动着舰系统,根据纵向着舰导引系统速度为常数且具有抑制纵向风干扰的要求,设计基于线性矩阵不等式的H_□输出反馈控制器,通过对所设计的先锋无人机的纵向自动着舰导引系统仿真表明:通过升降舵和油门的协调控制,实现了速度和航迹的解耦控制,且该设计能满足着舰要求,能有效地抑制纵向风干扰的影响,具有良好的鲁棒性能.     

无人机影像自动拼接校正

无人机影像可获得海量的高空间分辨率影像,在国土资源、林业调查、农业、灾害快速响应等多方面具有广阔的应用前景,不过如何立刻收集这些数据,是无人机快速应用的一个难题。如何拼接一系列具有重叠区的相邻影像,构成无缝可用的总影像,是应用的一个重要问题。研究采用浙江省富阳的无人机影像,预处理后基于参考影像,先对待匹配影像进行均质化变换,以减小影像间的明显差异,再寻找匹配特征并寻优。在影像之间的重叠区域,为尽量达到影像间无缝连接,采用平滑处理。拼接算法在Matlab 6.5中实现所得到的最终结果,较好地实现了影像间的结合,总体连接平滑并且接缝不明显。研究能够为实现无人机影像的自动化处理,加快无人机在各领域的应用。     

一种基于无人机影像的高精地图车道线检测与提取方法

高精度地图是实现自动驾驶技术必不可少的基础设施,车道线是高精度地图车道级路网的重要组成部分。以往高精度地图的车道线检测多基于车载摄像头数据,存在成像范围有限、需要透视变换和多次拼接造成的效率问题。基于无人机航拍影像,采用U-Net网络识别道路区域,过滤非道路区域噪声,通过HSL颜色变换和Sobel算子分别计算车道线颜色和边缘梯度特征,使用Otsu算法自动确定特征分割阈值获得二值化车道线特征图,通过局部最大值算法确定滑动窗口的初始位置,最后借助滑动窗口算法和多项式检测拟合车道线。实验结果表明,在保证一定检测精度的前提下,单条车道线检测长度超过了百米,道路检测效率达到25.2 m/s,对比于地面影像的检测算法具有明显的效率优势。     

基于开源软件的无人机飞行仿真

飞行控制算法设计和仿真是无人机研制的关键步骤。为了缩短无人机飞行控制算法设计周期和试验成本,本文对无人机纵向和侧向控制算法进行了设计,并基于开源软件开发了固定翼无人机可视化的飞行仿真系统,对飞行控制算法进行仿真实验。仿真结果显示,飞行仿真系统实时且直观,通过对飞行仿真试验数据的综合分析,验证了飞行控制算法的有效性,该飞行仿真系统可广泛应用于无人机飞行控制算法的仿真验证。     

基于视觉的火星探测器着陆运动参数估计

火星探测是我国深空探测的重要目标之一,精确估计火星探测器自主着陆时的运动参数是实现自主着陆的前提.在探测器所携带相机内参数已知的情况下,研究2幅图片中特征点之间的对应关系,得出火星探测器空间三维运动信息,以实现其运动参数估计.首先进行特征点检测,然后进行特征点匹配,根据匹配结果估计出基础矩阵F;然后进行本质矩阵的计算、姿态解算和幅值恢复,对所得运动参数进行非线性优化;最后通过仿真实验验证了上述方法的有效性.     

面向单体异形建筑的无人机单相机实景三维建模

针对单体异形建筑的实景三维建模问题,提出一种无人机单相机建模方法,选用小型旋翼无人机和单相机作为航摄装备,建立环绕式的无人机航路,实现对单体建筑自动化的多高度、多角度三维立体观测.使用新方法和广泛使用的无人机倾斜摄影建模方法分别对同一单体异形建筑进行影像数据采集,并对数据进行处理生成实景三维模型.结果表明,新方法相对于无人机倾斜摄影建模方法,在保证建模精度不降低的前提下提升了建模效率和建模质量.