基于双圆特征的无人机着陆位置姿态视觉测量方法.pdf

　第 26 卷 　第 3 期 航 　空 　学 　报 Vol26 No3 　2005 年 　 　5 月 A C TA A ERON AU TICA E T A STRON AU TICA SIN ICA May 　2005 　　文章编号 (2005) 基于双圆特征的无人机着陆位置姿态视觉测量方法 张广军 , 周富强 (北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院 , 北京 　100083) Position and Orientation Estimation Method f or Landing of Unmanned Aerial Vehicle with Two Circle Based Computer Vision ZHAN G Guangj un , ZHOU Fuqian g ( School of In st rument Science and Op toElect ronics Engineering , Beij ing U niver sit y of Aeronautics and A st ronautics , Beij ing 　100083 , China) 摘 　要 : 提出了一种无人机 自主着陆位置姿态的单 目视觉测量方法 ,建立了机载摄像机的运动和投影模型 。 设计了新型双圆图案着陆平面靶标 ,采用双圆的 8 个公切点 ,产生 2 1 个具有透视投影不变性的特征点 ,并提 出了在复杂背景中全 自动双圆特征的图像提取新方法及标记特征点的方案 ,实验表明 ,768 ×576 像素大小的 图像 ,特征提取及标记耗时小于 9m s 。仿真试验表明 ,摄像机距离靶标 10m 左右 ,噪声偏差达到 1. 5 像素时 , 单轴位置 RM S 误差小于 6cm ,单轴姿态 RM S 误差小于 0 . 7°,所提出的算法具有很强的抗噪声能力 ,能够满 足无人机 自主着陆位置姿态实时测量的要求 。 关键词 : 无人机 ; 位置 ; 姿态 ; 特征点 ; 透视投影 中图分类号 : TP39 1 　　　文献标识码 : A Abstract : A novel monocular vi sion met hod for landing of unmanned aerial vehicle (U AV) to estimat e it s st at e relative to a known twocircle planar t ar get i s p ropo sed . The motion and p roj ection model of t he camera on boar d of U AV i s est abli shed . Twent yone cont rol point s wit h invariance of p er sp ective p roj ection are generat ed wit h eight common t angent point s of two cop lanar circles onto t he designed t ar get . The po sition and orient a tion of t he camera can be comp ut ed wit h t he world coor dinat es of twent yone cont rol point s and t he corre sponding image coor dinat es. The feat ure ext raction of two circles and c