一种飞行器摄像定位方法技术

本发明专利技术涉及一种飞行器摄像定位方法，包括以下步骤：安装于飞行器上机身两侧各四个呈近似凸四边形安装的激光目标源在激光目标源电控箱进行激光电控下发出激光；在着陆平台上沿飞行器着陆方向左右两侧对称布置的两台近红外广角摄像机对飞行器成像，通过光纤通信模块将两路串行数字图像信号发送给图像处理单元；图像处理单元对接收到的两路串行数字图像信号进行目标源检测分析和目标源检测分析后处理；所述主控系统单元根据图像处理单元发送的结算结果计算出飞行器应移动方向并转化为控制信号；将控制信号发送给飞行器，控制飞行器着陆轨迹。所述方法克服了现有定位方法的不足，易操作、抗干扰能力强、适应恶劣环境。

【技术实现步骤摘要】
一种飞行器摄像定位方法
本专利技术涉及飞行器控制
，尤其涉及一种飞行器摄像定位方法。
技术介绍
目前,飞行器着陆定位方法主要包括以下几种形式：微波着陆引导，由机上设备获得引导数据，其优点是：系统精度高，能满足全天候工作要求；允许飞机任意选择机场航道，适用于作各种起落的各型飞机；系统容量大，能满足空中交通量增加的要求；设备体积小，对场地要求低。但是易受电子干扰。目视引导，由专职引导员在着陆平台利用信号旗或无线电指令目视引导飞机着舰。这要求引导员既有丰富的指挥经验，又有很强的目测能力。但是，抗阴雨雾云恶劣天气能力不足，也容易出现操作失误。计算机视觉自主着陆，主要通过安装在飞机上的摄像机，获得着陆点附近的图像，使用计算机视觉算法，估计出飞机的飞行状态和相对于着陆点的位置和方位，结合其他机载传感器，实现飞机的自主着陆控制。但是,上述技术存在很多缺点:1、无线电导航设备复杂,且易受干扰；2、人工目视控制,抗阴雨雾云恶劣天气能力不足，且容易出现操作失误；3、自主着陆系统对计算能力要求较高；4、着陆平台可能是动平台,动平台做六自由度运动，飞行器相对动平台位置关系复杂。因此,需要一种易操作、抗干扰能力强、适应恶劣环境的定位着陆方法。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种飞行器摄像定位方法,在昼夜条件及各种天气状况下精确定位飞行器相对着陆平台位置，所述方法也可以应用到其他运动物体之间的相互精确定位，用以解决现有技术中存在的各种问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种飞行器摄像定位方法，包括以下步骤：步骤1、安装于飞行器上机身两侧各四个呈近似凸四边形安装的激光目标源在激光目标源电控箱进行激光电控下发出激光；步骤2、在着陆平台上沿飞行器着陆方向左右两侧对称布置的两台近红外广角摄像机对飞行器成像，通过光纤收发模块将两路串行数字图像信号发送给图像处理单元；步骤3、图像处理单元对接收到的两路串行数字图像信号进行目标源检测分析和目标源检测分析后处理；步骤4、所述主控系统单元根据图像处理单元发送的解算结果计算出飞行器应移动方向并转化为控制信号；将控制信号发送给飞行器，控制飞行器着陆轨迹。其中，所述步骤2中，为防止飞行器两侧摄像机采集图像时刻的不同，两台摄像机接收同步信号后同时开始自动曝光。其中，所述步骤3进一步包括以下步骤：步骤3.1：数据预处理板通过高速FPGA驱动光纤收发模块与摄像机信息交互，接收通过光纤收发模块传输的两路串行数字图像信号，并将其转换为并行图像数据流，将并行图像数据流通过CPCI插座传输到数据处理板；步骤3.2：数据处理板通过CPCI插座接收来自数据预处理板的两路图像数据流，同时对两路图像进行目标搜索、捕获、识别与跟踪，分别完成总共八个目标的跟踪测量，实时解算出飞行器相对预期指定着落面的三维空间位置与姿态，将解算结果通过CPCI总线接口送到主控系统单元。其中，所述步骤3.2进一步包括以下步骤：步骤3.2.1、激光目标源搜索与捕获，从图像中搜索所有候选目标，并统计每个候选目标的属性特征，为下一步的目标源识别提供信息源；步骤3.2.2、激光目标源识别，DSP利用每个候选目标的特征信息对多目标捕获和标记处理后的各个候选目标进行识别，用以剔除伪目标，识别出真正感兴趣的真实激光目标源；步骤3.2.3、激光目标源位置校正，DSP通过计算每个激光目标源的质心位置，并通过摄像机畸变参数完成激光目标源位置校正；步骤3.2.4、数据解算，DSP采用双摄影测量数学模型完成飞行器位置解算，根据飞行器上的八个激光目标源在飞行器上的位置、两个摄像机相对于参考坐标系的位姿关系、摄像机内部参数和八个像点的图像坐标等信息，用双摄影测量算法计算出飞行器在参考坐标系中的位置和姿态。其中，所述步骤3.2.1进一步包括以下步骤：图像增强，使用FPGA滤除图像中背景杂波的干扰，提高图像的信噪比；图像分割，利用DSP和FPGA相结合的方法，通过统计图像灰度分布特性，利用自适应阈值方式进行图像分割；其中FPGA完成图像灰度信息的统计，DSP计算分割阈值，当阈值计算完成后传回FPGA，FPGA对图像进行图像分割实现目标与背景的分离；图像滤波，使用FPGA进行，通过腐蚀运算消除图像中小于所选取结构元的目标，通过膨胀运算连接被误分割断裂但属于同一个目标的区域，其中，膨胀运算的结构元大于腐蚀运算的结构元；多目标捕获和标记，当FPGA完成经过形态学处理的二值图像后，进行目标前后沿数据生成；读取目标分割的前后沿数据，进行多目标标记，获得各个目标的特征信息。其中，所述步骤3.2.2进一步包括以下步骤：第一次目标判别，根据候选目标特征集中的特征信息剔除虚假的目标，其中目标源的特征信息包括目标源的面积、能量、长宽比；第二次目标判别，根据目标之间呈现近似凸四边形的几何关系，搜索到真实目标源点；第三次目标判别，对真实目标源点，根据目标轨迹运动连续性进行进一步判别。其中，所述步骤3.2进一步包括以下步骤：如果飞行器两侧四个目标点中各少一个目标点，利用跟踪的六个目标参与双摄影测量进行飞行器定位，同时进行全视场搜索目标；如果只有一侧四个目标识别并稳定跟踪时，采用四点单摄像机进行飞机定位；如果飞行器两侧八个目标中，一侧四个目标点中一个至三个目标故障或离开摄像机视场时，利用稳定跟踪的其余目标参与双摄影测量进行飞行器定位，使实时解算数据连续不跳跃，同时全视场搜索丢失目标；当丢失的目标又复现的时候，对复现的目标进行识别确认、精跟踪后再参与双摄影测量计算，在之前均采用稳定跟踪的其余目标进行双摄影测量计算。其中，当丢失的目标复现时采用反投影法进行识别确认，利用一侧四个目标采用单摄像机测量算法解算出飞行器位置，利用摄像机的外参数，计算出飞行器另外一侧的目标源在另外一侧图像面的投影坐标，通过在投影点附近可识别确认目标。本专利技术的技术效果如下：1)所述方法采用有源目标源，窄带通滤波器，高质量广角镜头和抗溢出CMOS传感器的组合，在各种情况下能提供用于目标检测的优质图像。2)所述方法中采用激光目标源作为配合目标，应用808nm发光光源，可以在黑暗中或光照条件很差的情况下看到标志点。3)所述方法中激光目标源独立，某个损坏不会影响其他的使用4)所述方法可以在着陆平台纵横摇情况下有效提高捕获一侧飞行器激光目标源概率。5)所述方法采用光纤传输单元，可以较好的解决电磁屏蔽问题并保证数据传输速度。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为飞行器摄像定位系统工作原理框图；图2为图像处理单元工作原理框图；图3为数据预处理板工作原理框图；图4为多DSP协同工作原理框图；图5为数据处理板工作流程图；图6为激光目标源捕获过程处理流程图；图7为激光目标源识别处理流程图；图8为激光目标源丢失又重新捕获的飞行器定位流程图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞行器摄像定位方法，包括以下步骤：步骤1、安装于飞行器上机身两侧各四个呈近似凸四边形安装的激光目标源在激光目标源电控箱进行激光电控下发出激光；步骤2、在着陆平台上沿飞行器着陆方向左右两侧对称布置的两台近红外广角摄像机对飞行器成像，通过光纤通信模块将两路串行数字图像信号发送给图像处理单元；步骤3、图像处理单元对接收到的两路串行数字图像信号进行目标源检测分析和目标源检测分析后处理；步骤4、所述主控系统单元根据图像处理单元发送的处理结果计算出飞行器应移动方向并转化为控制信号；将控制信号发送给飞行器，控制飞行器着陆轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种飞行器摄像定位方法，包括以下步骤：步骤1、安装于飞行器上机身两侧各四个呈凸四边形安装的激光目标源在激光目标源电控箱进行激光电控下发出激光；步骤2、在着陆平台上沿飞行器着陆方向左右两侧对称布置的两台近红外广角摄像机对飞行器成像，通过光纤收发模块将两路串行数字图像信号发送给图像处理单元；步骤3、图像处理单元对接收到的两路串行数字图像信号进行目标源检测分析和目标源检测分析后处理，具体包括以下步骤：步骤3.1：数据预处理板通过高速FPGA驱动光纤收发模块与摄像机信息交互，接收通过光纤收发模块传输的两路串行数字图像信号，并将其转换为并行图像数据流，将并行图像数据流通过CPCI插座传输到数据处理板；步骤3.2：数据处理板通过CPCI插座接收来自数据预处理板的两路图像数据流，同时对两路图像进行目标搜索、捕获、识别与跟踪，分别完成总共八个目标的跟踪测量，实时解算出飞行器相对预期指定着落面的三维空间位置与姿态，将解算结果通过CPCI总线接口送到主控系统单元；步骤4、所述主控系统单元根据图像处理单元发送的处理结果计算出飞行器应移动方向并转化为控制信号；将控制信号发送给飞行器，控制飞行器着陆轨迹。2.根据权利要求1所述的飞行器摄像定位方法，其中，所述步骤2中，为防止飞行器两侧摄像机采集图像时刻的不同，两台摄像机接收同步信号后同时开始自动曝光。3.根据权利要求1所述的飞行器摄像定位方法，其中，所述步骤3.2进一步包括以下步骤：步骤3.2.1、激光目标源搜索与捕获，从图像中搜索所有候选目标，并统计每个候选目标的属性特征，为下一步的目标源识别提供信息源；步骤3.2.2、激光目标源识别，DSP利用每个候选目标的特征信息对多目标捕获和标记处理后的各个候选目标进行识别，用以剔除伪目标，识别出真正感兴趣的真实激光目标源；步骤3.2.3、激光目标源位置校正，DSP通过计算每个激光目标源的质心位置，并通过摄像机畸变参数完成激光目标源位置校正；步骤3.2.4、数据解算，DSP采用双摄影测量数学模型完成飞行器位置解算，根据飞行器上的八个激光目标源在飞行器上的位置、两个摄像机相对于参考坐标系的位姿关系、摄像机内部参数和八个像点的图像坐标信息，用双摄影测量算法计算出飞行器在参考坐标系中的位置和姿态...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜广文，赵辉，朱永丽，许涛，
申请(专利权)人：中国船舶工业系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11