基于双目视觉的无人机编队飞行方法和系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108052110A(43)申请公布日2018.05.18(21)申请号201710873328.8(22)申请日2017.09.25(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人杨喻茸孙朋张子豪王新华(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237代理人贺翔(51)Int.Cl.G05D1/10(2006.01)G01C21/16(2006.01)G01C21/20(2006.01)G01C11/02(2006.01)G01C11/04(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称基于双目视觉的无人机编队飞行方法和系统(57)摘要本发明公开了基于双目视觉的无人机编队飞行方法和系统，涉及计算机视觉和飞行控制领域，通过图像处理得到无人机导航定位姿态参数，能够准确的进行无人机编队的定位和导航，本发明的飞行系统包括地面站、长机和僚机；飞行方法包括：长机带领僚机起飞并拍摄僚机的照片；机载计算机对照片提取出红外LED灯轮廓；将红外LED灯轮廓的中心坐标标记为僚机在照片中的二维坐标；双目摄像头解算对应的僚机的纵深距离，结合所述图像平面的二维坐标，得到无人机在相机坐标系下的三维坐标；机载计算机根据航路规划计算出理想坐标，将实际坐标和理想坐标发送给僚机的飞控，飞控修正僚机的位置。CN108052110ACN108052110A权利要求书1/1页1.基于双目视觉的无人机编队飞行方法，其特征在于，包括：S1、长机带领僚机起飞，所述长机上的双目摄像头拍摄所述僚机的照片；S2、所述长机上的机载计算机采集所述照片，所述机载计算机对所述照片进行颜色通道分离和阈值化处理，得到二值图像；S3、所述机载计算机对所述二值图像进行轮廓提取，提取出所述二值图像上红外LED灯轮廓；S4、所述机载计算机计算所述红外LED灯轮廓的中心坐标，并标记为所述僚机在所述照片中的坐标；S5、所述双目摄像头根据左右摄像头的视差，依据相似三角形计算出所述僚机的纵深距离，将所述纵深距离标记为相机坐标系下的Z轴坐标,结合所述僚机在图像坐标系中的平面坐标，根据几何解算，得到所述僚机在相机坐标系下的X轴,Y轴坐标；S6、所述机载计算机根据航迹规划计算出所述长机的航点坐标，所述长机将所述实际坐标和所述航点坐标发送给所述僚机的飞控，所述飞控通过PID控制器修正所述僚机的位置。2.基于双目视觉的无人机编队飞行系统，其特征在于，包括：地面站、长机和僚机，所述长机上安装机载计算机、双目摄像头、云台，所述僚机上安装红外LED和飞控，所述长机通过无线通信方式和所述地面站、所述僚机通信。3.根据权利要求2所述的基于双目视觉的无人机编队飞行系统，其特征在于，所述僚机处于同一水平面，在所述长机垂直方向下方的20m。4.根据权利要求2所述的基于双目视觉的无人机编队飞行系统，其特征在于，所述长机采用惯性导航和地磁导航相融合的导航系统。5.根据权利要求2所述的基于双目视觉的无人机编队飞行系统，其特征在于，所述长机上安装所述云台，所述云台上安装所述双目摄像头，所述双目摄像头的镜头上覆盖850nm的红外滤光片。6.根据权利要求2所述的基于双目视觉的无人机编队飞行系统，其特征在于，所述僚机上安装所述红外LED灯，波长为850nm。7.根据权利要求2所述的基于双目视觉的无人机编队飞行系统，其特征在于，所述机载计算机将采集的图片大小设置为1280*960。2CN108052110A说明书1/4页基于双目视觉的无人机编队飞行方法和系统技术领域[0001]本发明属于计算机视觉和飞行控制领域,尤其涉及基于双目视觉的无人机编队飞行方法和系统。背景技术[0002]多旋翼无人机的优点显著，与固定翼无人机相比，它能够垂直起降、定点悬停并且能够倒飞，具有很强的机动性。与单旋翼直升机相比，多旋翼无人机的结构简单、维护方便、装卸容易、操作简易，这些特性使其被广泛地应用于多种领域。除此之外，相关领域比如人工智能、传感器、控制算法、微电子、无线通信网络的不断发展使多旋翼无人机变得更加智能，能够完成更复杂的任务。但是，多旋翼无人机目前仍有未克服的缺点，比如续航时间短、单架载重量小、搭载设备有限。比如在农药喷洒任务中，单无人机载重、续航时间有限，完成大面积农药喷洒需要耗费更多的人力和时间；还有在执行航拍测绘任务中，单个无人机由于视野有限，需要多次起落才能完成任务，这样会花费更多的时间和操作人员。如果能够给多架无人机规划工作区域，使他们同时工作，会节省更多的时间。[0003]许多研究人员受到了动物编队，特别是鸟类迁徙、蜜蜂采蜜分工的启发，认为多个多旋翼无人机也可以组成编队，同时机间能共享信息，协同控制各架无人机来完成任