本發(fā)明涉及一種動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，具體講是一種旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)載視覺(jué)探測(cè)與多目標(biāo)定位系統(tǒng)與實(shí)現(xiàn)方法，屬于定位導(dǎo)航與控制
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：旋翼無(wú)人機(jī)具有機(jī)動(dòng)性好、可懸停、可垂直起降、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在軍事偵察、電力巡檢、海上補(bǔ)給、農(nóng)作物植保、貨物搬運(yùn)等領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。機(jī)載視覺(jué)探測(cè)與目標(biāo)定位系統(tǒng)是旋翼無(wú)人機(jī)的重要組成部分，在旋翼無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)時(shí)發(fā)揮著重要作用。視覺(jué)系統(tǒng)具有重量輕、體積小、功耗低、精度高、隱蔽性好等優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)展開(kāi)了對(duì)無(wú)人機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的廣泛研究，涵蓋了目標(biāo)跟蹤、電力巡檢、自主著陸等眾多領(lǐng)域。目前視覺(jué)探測(cè)與目標(biāo)定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主要有兩種形式，一種是視覺(jué)處理部分設(shè)置在地面，機(jī)載相機(jī)捕獲目標(biāo)圖像后，通過(guò)無(wú)線電把圖像信息傳回地面，地面上的圖像處理計(jì)算機(jī)解算出目標(biāo)的信息，再傳回?zé)o人機(jī)供飛控系統(tǒng)使用，該類系統(tǒng)對(duì)地面設(shè)備的功率、體積、處理能力等都沒(méi)有限制，但會(huì)受到信號(hào)傳輸延遲的影響；另一種是視覺(jué)處理部分設(shè)置在無(wú)人機(jī)上，這種方式避免了通過(guò)無(wú)線電來(lái)傳遞信息的時(shí)間延遲，實(shí)時(shí)性與可靠性大大提高，但要求機(jī)載視覺(jué)處理設(shè)備體積小、重量輕，功率也不能太大，限制了計(jì)算處理能力。從視覺(jué)處理算法角度看，以往國(guó)內(nèi)外在視覺(jué)探測(cè)與定位方面的研究針對(duì)單目標(biāo)的相對(duì)較多，隨著無(wú)人機(jī)越來(lái)越受關(guān)注，需要對(duì)多目標(biāo)探測(cè)定位的場(chǎng)合越來(lái)越多，但現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法進(jìn)行多目標(biāo)定位，難以滿足正常的使用需求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種能實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)定位的旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)載視覺(jué)探測(cè)與多目標(biāo)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)載視覺(jué)探測(cè)與多目標(biāo)定位系統(tǒng)，包括機(jī)載子系統(tǒng)和地面監(jiān)視子系統(tǒng)，所述機(jī)載子系統(tǒng)包括視頻采集單元、圖像處理單元和圖傳發(fā)射端，視頻采集單元采集的圖像由圖像處理單元處理后經(jīng)圖傳發(fā)射端發(fā)送到地面監(jiān)視子系統(tǒng)；所述地面監(jiān)視子系統(tǒng)包括地面站和與地面站連接的圖傳接收端，所述圖傳接收端與圖傳發(fā)射端通信。本發(fā)明中，所述視頻采集單元包括相機(jī)和自穩(wěn)定云臺(tái)，所述安裝相機(jī)在自穩(wěn)定云臺(tái)上，自穩(wěn)定云臺(tái)保持相機(jī)光軸指向地面并與地面相垂直。本發(fā)明中，所述圖傳接收端與圖傳發(fā)射端之間采用單工通信。本發(fā)明還提供了上述旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)載視覺(jué)探測(cè)與多目標(biāo)定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：1)、采用棋格盤標(biāo)定法對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，得到相機(jī)的內(nèi)參數(shù)，然后對(duì)相機(jī)采集到的每一幅待識(shí)別的原始圖像進(jìn)行校正去除畸變；2)、將校正后的原始圖像由YCbCr格式轉(zhuǎn)換成HSV格式；3)、設(shè)每幅原始圖像中均設(shè)有A色圓形區(qū)域，且A色圓形區(qū)域與周圍場(chǎng)景色彩、大小區(qū)分明顯，然后對(duì)圖像的H、S、V三個(gè)通道采用固定閾值的方式，進(jìn)行二值化處理；4)、對(duì)二值化后的圖像作形態(tài)學(xué)開(kāi)運(yùn)算，去掉圖像中的孤立噪點(diǎn)，利用種子生長(zhǎng)法尋找圖像中所有的連通區(qū)域，其中面積符合設(shè)定閾值大小的連通區(qū)域?yàn)楦信d趣區(qū)域，作為潛在目標(biāo)；5)、在同一圖像中多個(gè)相同的目標(biāo)內(nèi)設(shè)置輔助信標(biāo)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行區(qū)分并鎖定；6)、利用改進(jìn)的Hough變換找圓算法確定各目標(biāo)中心；7)、根據(jù)相機(jī)成像模型完成目標(biāo)位置解算。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)載視覺(jué)探測(cè)與多目標(biāo)定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括在所述步驟4)的感興趣區(qū)域去除偽目標(biāo)的步驟：利用目標(biāo)中A色區(qū)域內(nèi)部嵌套B色區(qū)域的特征，執(zhí)行步驟3)，對(duì)B色區(qū)域的面積進(jìn)行判斷，符合設(shè)定的閾值大小的為潛在目標(biāo)，否則為偽目標(biāo)。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)載視覺(jué)探測(cè)與多目標(biāo)定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟5)在多個(gè)相同的目標(biāo)內(nèi)設(shè)置輔助信標(biāo)的過(guò)程為：對(duì)于由A色圓形區(qū)域內(nèi)部嵌套B色圓形區(qū)域構(gòu)成的多個(gè)相同的感興趣區(qū)域，采用在A色區(qū)域中放置不同形狀、數(shù)量的C色信標(biāo)來(lái)輔助區(qū)分，標(biāo)識(shí)多個(gè)相同的目標(biāo)。7、根據(jù)權(quán)利要求4至6任一項(xiàng)所述旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)載視覺(jué)探測(cè)與多目標(biāo)定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟6)的具體步驟為：61)、在圓C上選取K、L、M三點(diǎn)，KL和LM構(gòu)成兩條不平行的弦，KL和LM的中垂線lKL、lLM相交于圓心O，KO是圓C的半徑。62)、設(shè)K、L、M三點(diǎn)的坐標(biāo)為K(x1,y1)、L(x2,y2)、M(x3,y3)，則由點(diǎn)斜法可知兩條中垂線lKL和lLM的方程分別為：lKL:y＝kKLx+bKL(1)lLM:y＝kLMx+bLM(2)式中kKL=-x1-x2y1-y2]]>bKL=y1+y22+(x1-x2)(x1-x2)2(y1-y2)]]>kLM=-x2-x3y2-y3]]>bLM=y2+y32+(x2-x3)(x2-x3)2(y2-y3)]]>63)、根據(jù)lKL和lLM的方程可以計(jì)算出圓心坐標(biāo)和圓半徑：xo=bLM-bKLkKL-kLM---(3)]]>yo=kKLbLM-bKLkKL-kLM+bLM---(4)]]>R=(xo-x1)2+(yo-y1)2---(5)]]>64)、設(shè)邊界點(diǎn)總數(shù)為N個(gè)，每一組點(diǎn)用Kij、Lij、Mij表示，每取Q組點(diǎn)視為一個(gè)周期，下標(biāo)i表示周期數(shù)(i∈[1,T])，j表示每個(gè)周期內(nèi)點(diǎn)的組數(shù)(j∈[1,Q])，T值的大小決定了總共選取的點(diǎn)組數(shù)；第i個(gè)周期內(nèi)第一組點(diǎn)由初始點(diǎn)Ki、Li、Mi確定，如式如(6)；上式中k為比例系數(shù)，且i∈[1,T]，k＝1。相鄰點(diǎn)組之間都相差相同的步距值Si，如式(7)所示Ki1=Ki;Li1=Li;Mi1=Mi;Ki2=Ki1+Si;Li2=Li1+Si;Mi2=Mi1+Si;......Kij=Kij-1+Si;Lij=Lij-1+Si;Mij=Mij-1+Si;......KiQ=KiQ-1+Si;LiQ-1=LiQ-1+Si;MiQ=MiQ-1+Si;---(7)]]>式中，S1＝S2＝…＝ST＝N/8，每個(gè)周期內(nèi)點(diǎn)的組數(shù)Q的取值跟隨N的變化Q＝N。本發(fā)明中，所述T取值為5。本發(fā)明的有益效果在于：(1)、本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，與旋翼無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)完美的融合，便于旋翼無(wú)人機(jī)的飛行與控制，從而有效保證了目標(biāo)定位的精度并實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)定位；(2)、自穩(wěn)定云臺(tái)保持相機(jī)光軸指向地面并與地面相垂直，可以簡(jiǎn)化旋翼無(wú)人機(jī)姿態(tài)等運(yùn)動(dòng)對(duì)相機(jī)姿態(tài)帶來(lái)的耦合影響；(3)、圖傳接收端與圖傳發(fā)射端之間采用單工通信，保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；(4)、利用圓的幾何特性改進(jìn)了經(jīng)典的Hough變換圓檢測(cè)算法，在保證識(shí)別精度的同時(shí)大大降低了運(yùn)算量，提高了算法運(yùn)行效率；采用區(qū)分多個(gè)相同目標(biāo)的方案與算法，其冗余機(jī)制增強(qiáng)了方案的可靠性，具有很強(qiáng)的實(shí)用和推廣價(jià)值。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)載視覺(jué)探測(cè)與多目標(biāo)定位系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖2為程序總控流程圖；圖3為多目標(biāo)區(qū)分圖；圖4為改進(jìn)的Hough變換原理圖；圖5為擬合效果圖像；圖6為在X方向解算誤差對(duì)比曲線；圖7為在Y方向解算誤差對(duì)比曲線；圖8為不同相機(jī)高度對(duì)精度影響曲線。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)載視覺(jué)探測(cè)與多目標(biāo)定位系統(tǒng)，以達(dá)芬奇系列的TMS320DM6437處理器為平臺(tái)搭建，由機(jī)載子系統(tǒng)和地面監(jiān)視子系統(tǒng)組成。機(jī)載子系統(tǒng)包括相機(jī)、自穩(wěn)定云臺(tái)、圖像處理單元和圖傳發(fā)射端，相機(jī)安裝在自穩(wěn)定云臺(tái)上，自穩(wěn)定云臺(tái)保持相機(jī)光軸指向地面并與地面相垂直，圖像處理單元連接圖傳發(fā)射端。相機(jī)將采集到的圖像傳輸?shù)綀D像處理單元處理后再由圖傳發(fā)射端傳輸?shù)降孛姹O(jiān)視子系統(tǒng)。地面監(jiān)視子系統(tǒng)由圖傳接收端和地面站組成，圖傳接收端與圖傳發(fā)射端進(jìn)行單工通信，即只由機(jī)載子系統(tǒng)通過(guò)圖傳發(fā)射端向地面監(jiān)視子系統(tǒng)實(shí)時(shí)發(fā)送處理過(guò)的圖像信息，圖傳接收端只用于接收?qǐng)D傳發(fā)射端發(fā)射的圖像信息。地面站通圖傳接收端接收?qǐng)D傳發(fā)射端發(fā)送來(lái)的圖像，并實(shí)時(shí)顯示，用于監(jiān)視機(jī)載系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是否正常。本發(fā)明中，相機(jī)采集目標(biāo)及周圍場(chǎng)景的圖像信息，圖像處理單元對(duì)目標(biāo)圖像信息進(jìn)行處理和目標(biāo)檢測(cè)，結(jié)合行控制子系統(tǒng)發(fā)送來(lái)的任務(wù)命令與無(wú)人機(jī)位置、姿態(tài)等信息，解算出目標(biāo)的位置信息，然后將目標(biāo)位置信息發(fā)送給旋翼無(wú)人機(jī)自身的飛行控制系統(tǒng)，以供其更好的進(jìn)行飛行決策。本發(fā)明中，相機(jī)采用Herogopro3+運(yùn)動(dòng)相機(jī)，其廣角鏡頭增大了視覺(jué)探測(cè)的視野。為了克服旋翼無(wú)人機(jī)姿態(tài)變化對(duì)相機(jī)采集帶來(lái)的影響，將相機(jī)安裝在自穩(wěn)定云臺(tái)，保證相機(jī)光軸始終垂直地面朝下。圖像傳輸選用大疆5.8GHz圖傳套件，其中圖傳發(fā)射端安裝在旋翼無(wú)人機(jī)上，把相機(jī)采集到的圖像實(shí)時(shí)傳送到地面監(jiān)視子系統(tǒng)，地面監(jiān)視子系統(tǒng)的圖傳接收端接收?qǐng)D像，并通過(guò)圖像采集卡實(shí)時(shí)把圖像顯示在地面站上。機(jī)載子系統(tǒng)與飛行控制系統(tǒng)之間通過(guò)串口進(jìn)行通信，采用雙工通信方式，飛行控制系統(tǒng)將當(dāng)前任務(wù)號(hào)、無(wú)人機(jī)狀態(tài)位置等信息發(fā)送給視覺(jué)系統(tǒng)，機(jī)載子系統(tǒng)根據(jù)不同的任務(wù)指令，執(zhí)行不同的任務(wù)，然后將探測(cè)到的目標(biāo)位置發(fā)送給飛控系統(tǒng)，以便飛控系統(tǒng)執(zhí)行更好的飛行決策。本發(fā)明的軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)充分利用DSP/BIOS提供的多線程技術(shù)，把圖像處理過(guò)程作為主線程，與飛行控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)通信的串口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)分別為兩個(gè)獨(dú)立的線程，它們的優(yōu)先級(jí)高于主線程，數(shù)據(jù)接收以硬件中斷方式觸發(fā)，數(shù)據(jù)發(fā)送以定時(shí)方式觸發(fā)。為了加速圖像數(shù)據(jù)流的輸入輸出，主線程中圖像的采集和送顯采用乒乓操作，達(dá)到了數(shù)據(jù)流串并轉(zhuǎn)換的效果。由于不同的任務(wù)需要機(jī)載視覺(jué)系統(tǒng)探測(cè)的目標(biāo)不同(所以在主線程中會(huì)根據(jù)不同的任務(wù)號(hào)，選擇不同的圖像處理算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同目標(biāo)的檢測(cè)，完成不同的任務(wù)。程序總控流程圖，如圖2所示。本發(fā)明旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)載視覺(jué)探測(cè)與多目標(biāo)定位系統(tǒng)，具體處理實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：(1)、旋翼無(wú)人機(jī)飛到目標(biāo)上空附近位置后，啟動(dòng)機(jī)載子系統(tǒng)，采用張正友的棋格盤標(biāo)定法對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，得到相機(jī)的內(nèi)參數(shù)，相機(jī)采集目標(biāo)及周圍場(chǎng)景的圖像信息，然后對(duì)圖像處理單元采集到的每一幅原始圖像進(jìn)行校正，得到去除畸變后的圖像。該校正過(guò)程主要是去除相機(jī)廣角鏡頭帶來(lái)的圖像畸變。(2)、圖像處理單元采集到的原始圖像為YCbCr格式，為了方便設(shè)定顏色閾值對(duì)圖像進(jìn)行二值化，避免圖像亮度變化帶來(lái)的影響，將圖像由YCbCr格式轉(zhuǎn)到與人的視覺(jué)系統(tǒng)一致的HSV格式。HSV色彩空間包含圖像的色調(diào)、飽和度、亮度三個(gè)通道的信息，三個(gè)通道互相獨(dú)立，以大大簡(jiǎn)化了圖像處理和分析的工作量。(3)、設(shè)待識(shí)別的目標(biāo)中有較大比例的藍(lán)色區(qū)域，且目標(biāo)周圍場(chǎng)景中很少有與目標(biāo)顏色、大小一致的干擾，所以可以先通過(guò)區(qū)分顏色信息對(duì)目標(biāo)與背景進(jìn)行初步的區(qū)分。這里對(duì)圖像的H、S、V三個(gè)通道采用固定閾值的方式，對(duì)彩色圖像二值化。(4)、為了在整幅圖像中得到感興趣區(qū)域，先對(duì)二值化后的圖像作形態(tài)學(xué)開(kāi)運(yùn)算，去掉圖像中的孤立噪點(diǎn)，然后利用種子生長(zhǎng)法尋找圖像中所有的連通區(qū)域，其中面積符合設(shè)定閾值大小的連通區(qū)域?yàn)楦信d趣區(qū)域，是潛在目標(biāo)。因?yàn)橄鄼C(jī)與目標(biāo)的距離不同會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)在圖像中的成像大小不一致，所以連通區(qū)域面積的閾值為動(dòng)態(tài)閾值，根據(jù)事先標(biāo)定好不同相機(jī)高度與不同的閾值大小的一一映射關(guān)系，建立映射表，采用查表的方法確定動(dòng)態(tài)閾值，此方法為本領(lǐng)域的公知技術(shù)，本發(fā)明在此不再詳述。(5)、感興趣區(qū)域中可能會(huì)存在一些偽目標(biāo)，利用目標(biāo)藍(lán)色大圓環(huán)內(nèi)部嵌套紅色小圓的特征，采用上述(3)-(4)步同樣的方法，對(duì)紅色圓環(huán)的面積進(jìn)行判斷，符合設(shè)定的閾值大小的為潛在目標(biāo)，否則為偽目標(biāo)。(6)、對(duì)同一圖像中多個(gè)相同的目標(biāo)進(jìn)行區(qū)分，是實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)探測(cè)中關(guān)鍵的一步，本發(fā)明采用放置輔助信標(biāo)的方法，如圖3所示，對(duì)于由綠色小圓和藍(lán)色圓環(huán)分別構(gòu)成的四個(gè)相同目標(biāo)，采用在藍(lán)色圓環(huán)區(qū)域中放置不同形狀、數(shù)量的黃色信標(biāo)來(lái)區(qū)分，信標(biāo)分為實(shí)心矩形C和空心矩形D兩種，每種形狀按照一字型放置兩塊和十字型放置四塊，可以標(biāo)識(shí)四個(gè)相同的目標(biāo)。對(duì)目標(biāo)區(qū)分的判別規(guī)則充分利用了信標(biāo)的數(shù)量和位置信息，實(shí)現(xiàn)了一種冗余機(jī)制。如圖3所示,從左到右依次為1—4號(hào)目標(biāo)，以1號(hào)和3號(hào)目標(biāo)為例，當(dāng)識(shí)別出實(shí)心矩形數(shù)為2個(gè)并且兩個(gè)實(shí)心矩形的中心與圓心的連線成180度角或者只識(shí)別出其中一個(gè)實(shí)心矩形時(shí)，都認(rèn)為是1號(hào)目標(biāo)；當(dāng)實(shí)心矩形數(shù)數(shù)為2個(gè)、3個(gè)或4個(gè)，且其中至少有2個(gè)實(shí)心黃塊的中心與圓心的連線成90度角時(shí)，認(rèn)為是3號(hào)目標(biāo)。以此類推，確定2號(hào)和4號(hào)目標(biāo)。這種對(duì)多目標(biāo)的冗余區(qū)分方式使其具有極強(qiáng)的魯棒性，經(jīng)大量試驗(yàn)測(cè)試，對(duì)于旋翼無(wú)人機(jī)往四個(gè)目標(biāo)區(qū)域碼放貨物時(shí)對(duì)部分信標(biāo)產(chǎn)生遮擋，或部分信標(biāo)不能準(zhǔn)確識(shí)別出來(lái)的情況，該方法仍能確定。(7)、Hough變換是一種采用表決原理的參數(shù)估計(jì)技術(shù)，它所實(shí)現(xiàn)的是一種從圖像空間到參數(shù)空間的映射關(guān)系，由于具有一些明顯優(yōu)點(diǎn)，引起了許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員的普遍關(guān)注。本發(fā)明對(duì)經(jīng)典的Hough變換找圓算法進(jìn)行了改進(jìn)，充分利用圓的幾何性質(zhì)，根據(jù)圓上任意兩條不平行的弦的中垂線相交于圓心來(lái)確定參數(shù)。首先，在圓C上選取K、L、M三點(diǎn)，KL和LM構(gòu)成兩條不平行的弦，KL和LM的中垂線lKL、lLM相交于圓心O，KO是圓C的半徑，如圖4所示。其次，設(shè)K、L、M三點(diǎn)的坐標(biāo)為K(x1,y1)、L(x2,y2)、M(x3,y3)，則由點(diǎn)斜法可知兩條中垂線lKL和lLM的方程分別為：lKL:y＝kKLx+bKL(1)lLM:y＝kLMx+bLM(2)式中kKL=-x1-x2y1-y2]]>bKL=y1+y22+(x1-x2)(x1-x2)2(y1-y2)]]>kLM=-x2-x3y2-y3]]>bLM=y2+y32+(x2-x3)(x2-x3)2(y2-y3)]]>根據(jù)lKL和lLM的方程可以計(jì)算出圓心坐標(biāo)和圓半徑：xo=bLM-bKLkKL-kLM---(3)]]>yo=kKLbLM-bKLkKL-kLM+bLM---(4)]]>R=(xo-x1)2+(yo-y1)2---(5)]]>由K、L、M一組點(diǎn)可以唯一確定一組圓的參數(shù)[x0,y0,R]，表決結(jié)果的好壞取決于點(diǎn)組的選取?？紤]到邊界點(diǎn)的保存順序是根據(jù)遍歷先后順序決定的，為了提高算法對(duì)噪聲和圓弧長(zhǎng)短不同的魯棒性，在選擇點(diǎn)組時(shí)采用動(dòng)態(tài)步距的方法。再次，設(shè)邊界點(diǎn)總數(shù)為N個(gè)，每一組點(diǎn)用Kij、Lij、Mij表示，每取Q組點(diǎn)視為一個(gè)周期，下標(biāo)i表示周期數(shù)(i∈[1,T])，j表示每個(gè)周期內(nèi)點(diǎn)的組數(shù)(j∈[1,Q])，周期T值的大小決定了總共選取的點(diǎn)組數(shù)。第i個(gè)周期內(nèi)第一組點(diǎn)由初始點(diǎn)Ki、Li、Mi確定，計(jì)算公式如(6)所示，且相鄰點(diǎn)組之間都相差相同的步距值Si，如公式(7)所示。上式中k為比例系數(shù)，且i∈[1,T]。Ki1=Ki;Li1=Li;Mi1=Mi;Ki2=Ki1+Si;Li2=Li1+Si;Mi2=Mi1+Si;......Kij=Kij-1+Si;Lij=Lij-1+Si;Mij=Mij-1+Si;......KiQ=KiQ-1+Si;LiQ-1=LiQ-1+Si;MiQ=MiQ-1+Si;---(7)]]>式中i∈[1,T]。處理過(guò)程中，一般邊界點(diǎn)個(gè)數(shù)為100個(gè)左右，由于邊界點(diǎn)個(gè)數(shù)相對(duì)較少，令(6)式中的k＝1，為了便于調(diào)試，取S1＝S2＝…＝ST＝N/8，每個(gè)周期內(nèi)點(diǎn)的組數(shù)Q的取值要跟隨N的變化而變化，這里取Q＝N。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，周期T值為5時(shí)該算法既能達(dá)到比較高的精度，又能得到比較好的運(yùn)行效率。該點(diǎn)組的選取方式可以有效提高對(duì)噪聲和較短圓弧的魯棒性，在圓弧較短時(shí)仍可以擬合出目標(biāo)位置，如圖5(a)、(b)所示。目標(biāo)的高度會(huì)產(chǎn)生立體視覺(jué)效應(yīng)，導(dǎo)致相機(jī)在不同的方向拍攝時(shí)，目標(biāo)成像相差較大，該算法仍可以較準(zhǔn)確地?cái)M合出目標(biāo)位置，如圖5(c)、(d)所示。(8)、目標(biāo)位置解算。解算過(guò)程是目標(biāo)中心在像素坐標(biāo)系下的像素坐標(biāo)到圖像坐標(biāo)系坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，即像素坐標(biāo)到物理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換公式為：xy1=fx0u00fyv0001-1uv1---(8)]]>其中(u,v,1)T為目標(biāo)中心在像素坐標(biāo)下的齊次坐標(biāo)，單位為：像素；(x,y,1)T為目標(biāo)中心在圖像坐標(biāo)下的齊次坐標(biāo)，單位為：毫米；轉(zhuǎn)換矩陣即為相機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣，(u0,v0)T為相機(jī)光心在像素坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，(fx，fy)T為相機(jī)光心在像素坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。(9)、將解算得到的目標(biāo)位置發(fā)送至飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行飛行決策。為證明本發(fā)明技術(shù)方案的有效性，以下分別采用靜態(tài)實(shí)驗(yàn)和機(jī)載實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。(1)、靜態(tài)實(shí)驗(yàn)。為了對(duì)視覺(jué)探測(cè)與定位精度進(jìn)行測(cè)試，以及方便程序調(diào)試，搭建了靜態(tài)測(cè)試平臺(tái)，把相機(jī)和自穩(wěn)定云臺(tái)架在倒L型可調(diào)高度的支架上，待檢測(cè)目標(biāo)放在一個(gè)只能前后方向運(yùn)動(dòng)的小車上，小車前后運(yùn)動(dòng)可以使目標(biāo)相對(duì)相機(jī)在X方向或Y方向的偏移量發(fā)生變化?？紤]到測(cè)試的全面性，分別對(duì)X方向、Y方向、不同相機(jī)高度下的情況做了對(duì)比測(cè)試，如圖6、圖7、圖8所示。系統(tǒng)工作時(shí)，相機(jī)高度在140cm至240cm之間，測(cè)試X方向精度時(shí)，目標(biāo)在Y方向的偏移量隨機(jī)固定，在X方向取多組不同的測(cè)試點(diǎn)，每組測(cè)試點(diǎn)間距為10cm，記錄每組測(cè)試點(diǎn)目標(biāo)的實(shí)際偏移量，并與定位結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明視覺(jué)系統(tǒng)在X方向解算誤差為±1cm；同樣的方法測(cè)得Y方向解算誤差為±1.5cm。為了測(cè)試相機(jī)高度變化對(duì)定位精度帶來(lái)的影響，令目標(biāo)在X、Y方向的偏移量隨機(jī)固定，記錄相機(jī)在不同高度時(shí)系統(tǒng)解算出的目標(biāo)偏移量，并與實(shí)際偏移量進(jìn)行對(duì)比，選取多個(gè)不同的目標(biāo)位置，進(jìn)行多組測(cè)試，結(jié)果表明相機(jī)高度變化給系統(tǒng)定位精度帶來(lái)的誤差在±4cm以內(nèi)。可以看出當(dāng)相機(jī)高度固定時(shí)，視覺(jué)系統(tǒng)在X，Y方向的誤差比較小，基本在±1.5cm以內(nèi)，誤差來(lái)源可能是由測(cè)量誤差帶來(lái)的；相機(jī)不同高度對(duì)系統(tǒng)精度帶來(lái)的影響主要是手動(dòng)調(diào)整相機(jī)高度時(shí)，相機(jī)的位置會(huì)圍繞支架產(chǎn)生輕微旋轉(zhuǎn)，帶來(lái)實(shí)驗(yàn)操作誤差，該誤差約為2～3cm，去掉操作誤差，相機(jī)不同高度對(duì)探測(cè)精度帶來(lái)的誤差基本上在±2cm以內(nèi)。(2)、機(jī)載實(shí)驗(yàn)。為了對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)的魯棒性、實(shí)時(shí)性以及檢探精度進(jìn)行測(cè)試，以亞拓800E航模改裝的旋翼無(wú)人直升機(jī)為平臺(tái)，搭建了機(jī)載視覺(jué)探測(cè)與多目標(biāo)定位系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明機(jī)載視覺(jué)探測(cè)與多目標(biāo)定位系統(tǒng)在不同的天氣條件下，都可以完成對(duì)多目標(biāo)的區(qū)分與精確定位，具有很強(qiáng)的魯棒性。視覺(jué)系統(tǒng)與飛行控制系統(tǒng)形成閉環(huán)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)靜目標(biāo)、動(dòng)目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤，說(shuō)明本發(fā)明機(jī)載視覺(jué)探測(cè)與多目標(biāo)定位系統(tǒng)具有較好的實(shí)時(shí)性和較高的探測(cè)精度。本發(fā)明以TMS320DM6437為平臺(tái)，搭建了機(jī)載視覺(jué)探測(cè)與目標(biāo)定位系統(tǒng)，分別在靜態(tài)平臺(tái)和機(jī)載平臺(tái)完成了對(duì)多目標(biāo)的精確檢測(cè)，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)并取得了較好的效果，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可靠性、魯棒性、實(shí)時(shí)性以及較高的探測(cè)精度。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3