基于视觉的无人机着陆导航

作     者：赵昊昱 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李红

授予年度：2006年

学科分类：08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：无人机 着陆导航 计算机视觉 方向小波 Hough变换 直线检测 飞行参数 三次样条 

摘      要：计算机视觉由于其经济、无源、信息丰富等特点,成为无人机自主着陆中不可缺少的重要信息源,利用视觉信息对飞机着陆进行导航已经成为一个崭新的研究课题。本文以国家自然科学基金项目基于视觉的无人飞行器自主着陆导引信息实时提取与转换为背景,以机载摄像机获得的飞机着陆过程中的机场序列图像为研究对象,研究利用计算机视觉的理论,通过数字图像处理方法以及代数与几何知识,实时提取飞行参数,为飞机自主着陆提供导航信息。本文主要在以下四个方面提出了一些新的方法和尝试。 首先,在特征提取阶段,文中提出了一种局部使用方向小波变换的方法,该方法提取出的特征具有信息完整性、准确性以及抗噪性等特点。 其次,在直线检测阶段,文中提出一种基于线性函数与二次函数相结合的预测方法,将其与Hough直线检测方法相结合,大大提高了运算的速度和检测的精度。 在此基础上,文中提出一种计算飞机飞行参数的新方法,它克服了传统方法中利用点对应关系而难于提取特征点的问题,也不需要人为设置着陆标识,只需对两条跑道边线和一条着陆线进行检测,这些线具有明显的可视性和直线性,由此可直接算出飞机的三个姿态角;也可以利用地平线和跑道边线实现上述目的。若跑道的宽度是已知的,进而可以算出飞机的位置矢量。 最后,本文尝试了一种直接利用图像特征,对飞机的飞行状况进行控制的方法。在控制调整过程中,用三次样条插值方法,利用三次样条的光滑性可以使飞机整个调整过程能够平稳完成。 理论分析和实验结果表明,基于视觉的飞机自主着陆导航是可行的,而且具有一定的实时性和较高的计算精度,适合为飞机实时着陆进行导航。