未知环境下无人机自主导航技术研究

发布时间：2023-11-11 08:47

　　随着无人机的快速推广,多样化的飞行任务与复杂的飞行环境对无人机的自主飞行技术提出了严峻的挑战。在GPS拒止与缺少先验信息的未知环境下,无人机只能依靠机载传感器采集到的现场数据进行场景感知和运动感知,并基于感知到的信息进行导航与决策。在各类机载传感器中,相机成本低,采集的信息丰富,具有广泛的适用性;另一方面,基于计算机视觉技术的导航方案是当前导航领域的研究热点,吸引大量学者对其开展研究。本文基于单目视觉研究无人机在未知环境的自主导航定位技术,并且为了解决单目视觉下的尺度丢失问题,设计多传感器融合方案,并通过仿真实验测试设计的系统方案。首先,本文对无人机飞行过程中基于计算机视觉的图像处理、场景感知与位姿估计技术进行了分析。对于视觉感知阶段,对比了经典的特征检测算法与跟踪匹配算法,针对本文面对的任务需求,基于FAST角点改进了检测流程,使特征点可以被快速、均匀地检测;同时,选择金字塔光流跟踪算法,利用相机持续观测的特点快速、稳定地建立匹配关系。对于视觉位姿估计阶段,分析并确定了本文任务的数学模型,论述了利用视觉恢复深度信息并进一步重建场景的方法,对比了基于视觉匹配的位姿估计技术与基于场景的位...

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 本文研究课题与论文内容安排
第二章 视觉导航中的图像处理技术
    2.1 场景特征的数字化表示
        2.1.1 刚体运动间的路标表示
        2.1.2 单目相机成像
    2.2 特征点提取算法研究
        2.2.1 经典特征点检测算法性能对比
        2.2.2 FAST特征点提取算法
        2.2.3 基于FAST改进的特征点提取算法
        2.2.4 特征点提取实验分析
    2.3 特征点关联算法研究
        2.3.1 光流跟踪算法
        2.3.2 特征点匹配/跟踪实验分析
    2.4 本章小结
第三章 单目视觉下的位姿估计技术
    3.1 问题建模
    3.2 基于单目视觉的相对运动估计方法设计及验证
        3.2.1 对极约束模型
        3.2.2 单应性模型
        3.2.3 基于动态模型的相对运动估计方法
        3.2.4 实验结果与分析
    3.3 基于单目视觉的场景重建方法
        3.3.1 单目视觉下的深度估计
        3.3.2 深度滤波技术
        3.3.3 场景增量重建方法设计
    3.4 基于场景的位姿估计方法设计及验证
        3.4.1 光束平差法
        3.4.2 基于灰度不变假设的位姿优化方法
        3.4.3 实验结果与分析
    3.5 本章小结
第四章 实时定位系统设计
    4.1 视觉里程计系统设计
        4.1.1 单目视觉里程计总体设计
        4.1.2 里程计内部数据
        4.1.3 初始化过程
        4.1.4 实时跟踪过程
        4.1.5 关键帧管理
        4.1.6 局部建图过程
        4.1.7 重定位问题
    4.2 基于EKF的多传感器融合技术
        4.2.1 多传感器间的坐标系对齐
        4.2.2 IMU的数据模型
        4.2.3 基于EKF的松耦合信息融合方案
        4.2.4 视惯信息同步
    4.3 本章小结
第五章 仿真实验研究与结果分析
    5.1 实验总体设计
    5.2 仿真环境的搭建
        5.2.1 仿真场景创建与驱动
        5.2.2 数据采集与通信
    5.3 可视化设计
    5.4 实验结果与分析
        5.4.1 相机内参标定
        5.4.2 飞行仿真实验结果与分析
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 研究总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简介



本文编号：3862308