一种采用图像引导的无人机自主着陆方法及其实施装置与流程

本发明属于无人机着陆技术领域，尤其涉及一种采用图像引导的无人机自主着陆方法及其实施装置。

背景技术：

由于gps民用信号的误差为米级，且易受周边高大建筑物的影响，造成无人机降落位置偏差较大；差分gps接收机和差分站的成本非常高，普通的用户难以负担；即时定位与地图重建技术算法复杂、计算量大，对于计算性能的要求非常高，增加了电池负载和机载计算机的重量，缩短了无人机的飞行时间；

基于图形标识的定位方式，通常会将二维码或特殊符号覆盖于降落点，使用机载摄像机找到指定的降落位置；能为无人机的着陆提供更高的定位精度，而且能够设计出成本低廉、计算量较小的算法，但存在如下方面的问题：第一，当无人机与降落点之间超过一定距离后，图形标识很难被识别，造成无人机找不到着陆区域。第二，不良的气象条件（比如雾霾天气）会削弱机载摄像机的能见度，易造成图形标识无法识别，导致此类方法的失效；第三，由于拍摄角度的变化，图形标识的形变会为识别造成较大的难度；第四，由于降落点周围的环境中存在与降落点上类似的图形，将无人机引导到错误的降落地点。

技术实现要素：

本发明提供一种采用图像引导的无人机自主着陆方法，旨在解决现有技术中无人机难以在降落点条件差的情况下难以识别图形，且容易误降的问题。

本发明还提供一种采用图像引导的无人机自主着陆方法的实施装置。

本发明是这样实现的，一种采用图像引导的无人机自主着陆方法，包括：

（1）在无人机自主着陆时，无人机首先在gps信号的引导下，飞行到离降落点一定距离的上空，此时无人机自带的机载摄像机能够识别地面上的降落点；

（2）无人机根据位于降落点内的若干个灯组成的点阵亮度的变化构成的脉冲信号，飞行调整到降落点的正上方；

（3）然后无人机自主下降，无人机下降的过程中，会根据若干个灯组成的点阵的图样的方向调整自身姿态；

（4）最后，无人机降落至由若干个灯组成的点阵图样中心点，完成降落。

更进一步地，所述步骤（2）过程包括：

无人机到达离降落点一定距离的上空后保持悬停状态，同时使用机载摄像机开始采集正下方区域内的图像；

在采集的图像中搜索若干个灯组成的点阵亮度发生变化的区域，持续的记录每个区域内亮度变化的频率并发送给无人机的控制装置；

无人机控制装置根据若干个灯组成的点阵的亮度脉冲信号，调整无人机在空中的位置，使机载摄像机图像拍摄处的中心位置与若干个灯组成的点阵中心位置一致，调整完毕后无人机开始降落。

更进一步地，所述无人机控制装置根据若干个灯组成的点阵的亮度脉冲信号还包括：

与预先在无人机控制装置内设置好的用于比对的亮度变化频率相比较；

判断两者的亮度变化频率是否相同；

判断结果为是，则继续进行着陆流程；

判断结果为否，则报告一个错误，终止着陆流程。

更进一步地，所述步骤（3）过程包括：

机载摄像机清楚地捕获降落点处若干个灯组成的点阵亮度变化的任意一个图样时，解析图样的编码，获得图样的摆放方向，无人机控制装置根据图样的摆放方向，调整机头方向。

更进一步地，所述解析若干个灯组成的点阵图样的编码还包括：

判断与无人机控制装置内预存的编码是否一致；

判断结果为是，则继续着陆流程；

判断结果为否，则停止着陆流程，返回步骤（2）。

更进一步地，所述步骤（3）与步骤（4）之间包括：

机载摄像机读取到若干个由若干个灯组成的点阵图样时，无人机控制装置以优先级最高的图样为正确图样，调整机载摄像机图像拍摄处的中心位置与若干个灯组成的点阵图样的中心点一致，并在持续下降的过程中继续识别若干个灯组成的点阵图样。

本发明还提供一种采用图像引导的无人机自主着陆方法的实施装置，其特征在于，包括：

设置有由若干个灯组成的点阵的降落点；

以及设置有机载摄像机和gps接收器的无人机；

所述点阵包括闪烁模式和显示模式，所述闪烁模式和显示模式同时进行，按固定时间间隔循环闪烁显示预先设置好的图样，所述机载摄像机和gps接收器分别连接无人机的控制装置，控制装置能够识别由机载摄像机拍摄到的点阵图样。

更进一步地，所述点阵显示的图样共有若干种，若干种图样依次按固定时间间隔循环显示。

更进一步地，所述点阵显示的图样在功能上分为以二维码为核心的图样和以降落点标识为核心的图样；所述点阵显示的图样在结构上分为周边区域、空白区域和核心区域，所述周边区域通过随机开启点阵中的一部分灯，用于保证点阵总体的亮度平衡；核心区域由二维码或者降落点标识组成，为无人机提供方位和位置信息；空白区域用于将周边区域和核心区域分割开。

本发明的有益效果：采用在降落点设置由若干个灯组成的点阵，能够将无人机精确引导至降落区域；作为一种基于图形标识的定位方法，具备的成本低，精度高的特点，解决了gps定位精度不高导致的着陆误差问题；在无人机自带的机载摄像机无法识别图样时，可通过分析若干个灯组成的点阵亮度变化构成的脉冲信号来定位降落点；同时，若干个灯组成的点阵亮度脉冲信号能够在一定程度上克服不良气象条件导致的能见度下降，以及机载摄像机拍摄角度问题而导致的图样识别难度大；若干个灯组成的点阵图样的核心采用了二维码，使得降落点错检的概率非常低。

附图说明

图1是本发明提供的一种采用图像引导的无人机自主着陆方法示意图。

图2是本发明提供的一种采用图像引导的无人机自主着陆方法点阵时序图。

图3是本发明提供的一种采用图像引导的无人机自主着陆方法点阵图案结构图。

图中：1-降落点；2-点阵；3-无人机；4-周边区域；5-空白区域；6-核心区域。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1所示，一种采用图像引导的无人机自主着陆方法，包括：

（1）无人机3自主着陆时，无人机3首先在gps信号的引导下，飞行到离降落点1一定距离的上空，此时无人机3自带的机载摄像机能够识别地面上的降落点；

（2）无人机3根据位于降落点内的若干个灯组成的点阵2亮度的变化构成的脉冲信号，飞行调整到降落点1的正上方；

（3）然后无人机3自主下降，无人机3下降的过程中，会根据若干个灯组成的点阵2的图样的方向调整自身姿态；

若干个灯组成的点阵2图样会按固定的方向排列，当无人机3的机载摄像机所采集到的若干个灯组成的点阵2图样时，无人机3的控制装置分析所采集到的若干个灯组成的点阵2图样方向，并控制无人机3调整机头位置与若干个灯组成的点阵2图样方向一致；

（4）最后，无人机3降落至由若干个灯组成的点阵图样中心点，完成降落。

实施例二

所述步骤（2）过程包括：

无人机3到达离降落点一定距离的上空后保持悬停状态，同时使用机载摄像机开始采集正下方区域内的图像；

在采集的图像中搜索若干个灯组成的点阵2亮度发生变化的区域，持续的记录每个区域内亮度变化的频率并发送给无人机3的控制装置；

无人机3控制装置根据若干个灯组成的点阵2的亮度脉冲信号，调整无人机3在空中的位置，使机载摄像机图像拍摄处的中心位置与若干个灯组成的点阵2中心位置一致，调整完毕后无人机3开始降落。

实施例三

所述无人机3控制装置根据若干个灯组成的点阵2的亮度脉冲信号还包括：

与预先在无人机3控制装置内设置好的用于比对的亮度变化频率相比较；

判断两者的亮度变化频率是否相同；

判断结果为是，则继续进行着陆流程；

判断结果为否，则报告一个错误，终止着陆流程。

由于无人机3此时离降落点有一定的高度距离差，即无法采集到可识别的若干个灯组成的点阵2所显示的具体图样，此时通过将机载摄像机采集到的若干个灯组成的点阵2的闪烁模式和无人机3控制装置内预先存储的用于比对的闪烁模式相比较，判断该位置是否为着陆点。

实施例四

所述步骤（3）过程包括：

机载摄像机清楚地捕获降落点处若干个灯组成的点阵2亮度变化的任意一个图样时，解析图样的编码，获得图样的摆放方向，无人机3控制装置根据图样的摆放方向，调整机头方向。

无人机3控制装置根据若干个灯组成的点阵2图样的摆放方向，调整无人机3的机头方向；无人机3控制装置通过识别此时采集到的若干个灯组成的点阵2图样的方向，与预先定好的用于比对的图样方向作比较，调整无人机3的机头方向与若干个灯组成的点阵2图样方向一致。

实施例五

所述解析若干个灯组成的点阵2图样的编码还包括：

判断与无人机控制装置内预存的编码是否一致；

判断结果为是，则继续着陆流程；

判断结果为否，则停止着陆流程，返回步骤（2）。

无人机3控制装置根据识别此时采集到的若干个灯组成的点阵2图样的内容，与预先设定好的用于比对的图样内容做校验，用于判断根据闪烁模式找到的降落点是否为规定的降落位置。

实施例六

所述步骤（3）与步骤（4）之间还包括：

机载摄像机读取到若干个由若干个灯组成的点阵2图样时，无人机3控制装置以优先级最高的图样为正确图样，调整机载摄像机图像拍摄处的中心位置与若干个灯组成的点阵2图样的中心点一致，并在持续下降的过程中继续识别若干个灯组成的点阵2图样。

在无人机捕获多个图样的情况下，无人机3控制装置找到多个图样中优先级最高的图样，图样的优先级和其面积相关，在点阵2上占用面积越小的图样，优先级越高，读取优先级最高的图样所编码的内容，用于无人机3控制装置判断与降落点1之间的大致距离，当无人机3能正确的识别较小的图样，则无人机已经下降到较低的高度，优先级图样所编码的内容为固定内容以及其先后顺序均预先设定在无人机3控制装置内，规定所有图样中优先级最高的图样之后的下一个图样为降落点图样，即最终确定降落的图样，降落点图样的作用是让无人机3能够更加精确的降落在指定降落位置。

实施例七

如图1-图2所示，本发明还提供一种采用图像引导的无人机自主着陆方法的实施装置，包括：

设置有由若干个灯组成的点阵2的降落点1；

以及设置有机载摄像机和gps接收器的无人机3；

所述点阵2包括闪烁模式和显示模式，所述闪烁模式和显示模式同时进行，按固定时间间隔循环闪烁显示预先设置好的图样，闪烁模式是指点阵2上组成某一图样的所有灯可以按照一定的时序，同时打开或者关闭，其中，点阵2由外置电源供电；显示图样是指通过设置点阵2上不同位置上灯的打开或者关闭，能够显示出指定的图形，并且能动态的切换所显示图样的内容，所述机载摄像机和gps接收器分别电性连接无人机3的控制装置；所述点阵2的工作完全独立于无人机3的降落过程，二者之间不发生任何形式的双向通信。

实施例八

如图2所示，所述点阵2的显示的图样共有若干种，若干种图样依次按固定时间间隔循环显示，点阵2在显示图样的同时闪烁图样，即点阵2的亮度随固定的时间间隔明灭。

实施例九

如图3所示，所述点阵2的显示的图样在功能上分为以二维码为核心的图样和以降落点标识为核心的图样，以二维码为核心的图样和以降落点标识为核心的图样依次循环显示；所述点阵2的显示的图样在结构上分为周边区域4、空白区域5和核心区域6，所述周边区域4通过随机开启点阵2中的一部分灯，用于保证点阵2总体的亮度平衡；核心区域5由二维码编码或者降落点标识组成，为无人机3提供方位和位置信息；空白区域5用于将周边区域4和核心区域6分割开，所述点阵2中的二维码图样使用了datamatrix编码。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。