本节将主要介绍一种视觉导航系统中基于地平线的微小型飞行器姿态信息提取方法。由于在固定翼微小型无人飞行器机载摄像机采集的图像信息中,地平线有很明显的边缘直线特征,因此该方法通过地平线在视场中的位置来确定飞行器的滚转角,进而通过相关的计算机视觉技术来估计飞行器的俯仰角。
算法过程：采用图像缩放、图像平滑滤波、图像畸变校正以及图像去雾增强等方法对机载摄像机采集到的图像进行预处理；采用基于灰度特征的地平线提取算法进行图像分析,应用Canny算子进行图像边缘检测；在通过地平线检测算法后,可以得到地平线直线方程,利用线性摄像机的成像投影关系,推导在图像坐标系中地平线直线方程与微小型无人飞行器姿态角之间的关联关系,进而利用得到的地平线参数来计算滚转角和俯仰角。
该设计采用一套无人飞行器视觉导航半实物仿真系统,组建了视觉导航半实物仿真系统硬件平台,并对具体的软件进行了设计与实现。利用该视觉导航半实物仿真系统,可以对基于地平线提取的姿态信息提取算法进行半实物仿真验证。
如图8.7所示,该系统利用投影设备(或搭建飞行场景)模拟真实的地平线场景后,利用计算机通过控制接口控制直线运动机构来带动云台及摄像机运动,从而模拟无人飞行器的空中直线飞行姿态；计算机控制云台转动,模拟无人飞行器的飞行姿态角的变化；通过视频采集卡将采集的图像信息传送到计算机,利用图像处理算法进行导航数据的解算,然后下载到DSP实时视觉处理系统中,进行姿态信息的实时解算。
在仿真实验过程中,通过惯性测量元件来获取滚转角和俯仰角两个姿态信息的基准值,并将理论计算的滚转角γc、俯仰角θc和实验设定的滚转角γs、俯仰角θs进行对比,误差分别为γe、θe,如图8.8、图8.9所示。
该方法的姿态信息视觉处理系统以及姿态信息提取算法能够准确地提取出所需的地平线,计算得到的姿态角度误差在±5°以内,每帧图像的处理时间在0.18 s左右,因此能满足导航的精度要求和实时性要求。
(www.xing528.com)
图8.7 视觉导航半实物仿真系统整体方案设计
图8.8 姿态角实验设定值和理论计算值的对比
(a)滚转角；(b)俯仰角
图8.9 姿态角实验设定值与理论计算值的误差
(a)滚转角误差；(b)俯仰角误差
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
