无人机自主着陆视觉导航与合成视景技术

发布时间：2017-05-15 05:08

  本文关键词：无人机自主着陆视觉导航与合成视景技术，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着应用需求和航空产业的发展，近年来在世界范围内掀起了无人机的研究热潮。无人机具有体积小、造价低、使用方便和对任务环境要求低等优点，并且其被应用于多个领域中。在整个飞行导航过程中，安全着陆是一个非常重要的阶段，本文主要研究了自主着陆的视觉导航方法，并对视觉导航算法进行了三维视景仿真。与传统导航方式相比较，利用机器视觉实现无人机的自主着陆具有精度高、不受电子干扰等优点。 首先，本文研究了无人机视觉导航的图像处理算法，通过检测单连通闭合轮廓和多边形拟合提取特征点。针对无人机位姿估计的实时性要求，提出了利用光流法跟踪特征点来提高算法效率。 其次，本文对无人机自主着陆视觉导航控制中的位姿估计进行了相关研究。根据坐标系相互转换关系及透视投影模型，获得了无人机刚体运动六分量的超定方程组，使用奇异值分解对此超定方程组求解。 再次，本文研究了合成视景相关的建模技术，并介绍了三维建模的一般流程及飞机模型和地形模型的生成过程，介绍了利用虚拟仪表软件进行仪表开发的通用流程，详细描述了空速指示模块和姿态指示模块的具体开发过程。 然后，本文对所提出的视觉导航方法进行了综合仿真验证。利用虚拟现实和可视化技术，构建了三维地形、着陆地标以及机载摄像机，在三维场景中对无人机位姿估计算法进行了仿真试验。仿真结果表明，该系统可以有效的对着陆地标进行检测，能够直观、实时的显示位姿的估计值，实现了仿真验证的功能，为实际工程应用提供了一个良好的仿真平台。 最后，简要总结了本文研究的内容，并对本文的研究方向进行了展望。
【关键词】：无人机 自主着陆 视觉导航 合成视景
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V279;V249
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 引言8-9
• 1.2 视觉导航技术国内外发展现状9-12
• 1.2.1 国外研究现状10-12
• 1.2.2 国内研究现状12
• 1.3 本课题的研究背景和意义以及存在的问题12-13
• 1.4 论文的安排13-16
• 第二章 图像处理算法16-30
• 2.1 底层图像处理16-18
• 2.1.1 灰度图16-17
• 2.1.2 灰度直方图17
• 2.1.3 边缘信息17-18
• 2.1.4 角点18
• 2.2 图像处理基本方法18
• 2.3 位姿估计中的底层图像处理18-20
• 2.3.2 轮廓跟踪与编码19-20
• 2.4 底层图像处理设计20-24
• 2.4.1 阈值化分割21
• 2.4.2 轮廓提取21-22
• 2.4.3 地标识别22-23
• 2.4.4 特征点提取23-24
• 2.5 光流法跟踪特征点24-29
• 2.5.1 LK 光流法24-25
• 2.5.2 特征点跟踪25-27
• 2.5.3 实验结果与分析27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 无人机位姿估计模型30-42
• 3.1 常用坐标系30-31
• 3.2 摄像机投影模型31-34
• 3.2.1 针孔成像模型31-32
• 3.2.2 图像坐标系32-33
• 3.2.3 世界坐标系与摄像机坐标系33-34
• 3.3 无人机的位姿估计34-37
• 3.3.1 线性变换35-36
• 3.3.2 奇异值分解36
• 3.3.3 最小二乘解36-37
• 3.4 无人机相对位姿估计37-40
• 3.4.1 姿态角37-40
• 3.4.2 解三元方程组40
• 3.5 本章小结40-42
• 第四章 合成视景技术42-52
• 4.1 飞行视景仿真系统的特点42-43
• 4.2 视景仿真系统的设计与实现43-51
• 4.2.1 三维实体建模43-45
• 4.2.2 三维地形建模45-46
• 4.2.3 虚拟仪表开发过程46-47
• 4.2.4 主飞行显示器47-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第五章 仿真验证系统的设计与实现52-66
• 5.1 三维视景仿真软件应用程序框架52-53
• 5.2 仿真验证系统的布局与设计53
• 5.3 仿真场景的配置53-60
• 5.3.1 模型的添加53-54
• 5.3.2 多通道多视角显示技术54-55
• 5.3.3 虚拟航电仪表的添加55-56
• 5.3.4 观察视点的设置56-58
• 5.3.5 仪表与三维场景的实时联动58-60
• 5.4 仿真验证60-64
• 5.4.1 运行画面60-63
• 5.4.2 位姿估计结果63-64
• 5.5 本章小结64-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 致谢68-70
• 参考文献70-74
• 参与项目及研究成果74-75

【参考文献】

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  本文关键词：无人机自主着陆视觉导航与合成视景技术，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：366925