面向无人机自主着陆的视觉感知与位姿估计方法综述 被引量：5

1

作者 马宁 曹云峰 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1284-1304,共21页

自主着陆技术是制约无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)自主性等级提升中极具挑战性的一项技术.立足于未来基于视觉的无人机自主着陆技术的发展需求,围绕其中的核心问题——着陆场检测与位姿估计,对近十年来国内外无人机自主着陆领域... 自主着陆技术是制约无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)自主性等级提升中极具挑战性的一项技术.立足于未来基于视觉的无人机自主着陆技术的发展需求,围绕其中的核心问题——着陆场检测与位姿估计,对近十年来国内外无人机自主着陆领域中基于视觉的着陆场检测与位姿估计方法研究进展进行总结.首先,在分析无人机自主着陆应用需求的基础上,指出机器视觉在无人机自主着陆领域的应用优势,并凝练出存在的科学问题;其次,按不同应用场景划分对着陆场检测算法进行梳理;然后,分别对纯视觉、多源信息融合的位姿估计技术研究成果进行归纳;最后,总结该领域有待进一步解决的难点,并对未来的技术发展趋势进行展望. 展开更多

关键词 自主着陆 无人机 机器视觉 着陆场检测 位姿估计 信息融合

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孪生场景驱动的固定翼无人机进场自主着陆控制

2

作者 马国庆 田秋扬 +1 位作者 朱波 胡天江 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1664-1675,共12页

本文针对固定翼无人机着陆过程中低空风扰难建模等实际问题,提出孪生场景驱动的自主着陆飞行控制优化方案.首先,引入孪生技术,构建高保真场景模拟系统,采集无人机多架次安全着陆飞行数据;进而,挖掘历史安全着陆飞行经验,设计轨迹跟踪学... 本文针对固定翼无人机着陆过程中低空风扰难建模等实际问题,提出孪生场景驱动的自主着陆飞行控制优化方案.首先,引入孪生技术,构建高保真场景模拟系统,采集无人机多架次安全着陆飞行数据;进而,挖掘历史安全着陆飞行经验,设计轨迹跟踪学习控制算法来抵抗低空风扰影响,并设计期望着陆轨迹在线调整策略,抑制阵风引起的无人机位姿剧烈扰动;最后,给出风扰场景下的着陆控制律及系统稳定性证明.基于孪生场景开展固定翼无人机多架次着陆飞行验证,通过与经典控制方案对比,验证了本文所提控制方法的有效性. 展开更多

关键词 固定翼无人机 自主着陆 低空风扰 学习控制 轨迹跟踪

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视觉技术辅助的无人机自主着陆组合导航研究 被引量：17

3

作者 蔡鸣 孙秀霞 +2 位作者 徐嵩 刘希 刘日 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期343-350,共8页

为提高无人机自主着陆过程中导航系统的自主性与精确性,设计了一种视觉辅助惯导组合导航方法。该方法以惯导误差方程为过程方程,以着陆过程中单目摄像机2个时刻所得地面特征点投影之间的双视图几何约束为量测方程,构建了非线性滤波器;利... 为提高无人机自主着陆过程中导航系统的自主性与精确性,设计了一种视觉辅助惯导组合导航方法。该方法以惯导误差方程为过程方程,以着陆过程中单目摄像机2个时刻所得地面特征点投影之间的双视图几何约束为量测方程,构建了非线性滤波器;利用SR-UKF方法实现了惯导误差估计,提高算法效率的同时有效地避免了UKF中由于矩阵开方运算导致的滤波失效;最后根据估计结果校正了惯导导航数据。仿真结果表明:该方法能够提高导航系统精度,使误差降低到惯导系统的8%左右。 展开更多

关键词 机器视觉 视觉导航 自主着陆 组合导航 SR-UKF

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自主着陆／着舰技术综述 被引量：32

4

作者 唐大全 毕波 +2 位作者 王旭尚 李飞 沈宁 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第5期550-555,共6页

面对韩美军演、保钓争端等日趋严峻的国际形势,建设强大国防的必要性不言而喻。发展高科技武器,建设强大的海上力量是维持我国周边地区稳定的有效手段。对航空母舰相关技术的研究已经成为目前的热点问题。在对比介绍了陆基飞机和舰载飞... 面对韩美军演、保钓争端等日趋严峻的国际形势,建设强大国防的必要性不言而喻。发展高科技武器,建设强大的海上力量是维持我国周边地区稳定的有效手段。对航空母舰相关技术的研究已经成为目前的热点问题。在对比介绍了陆基飞机和舰载飞机自主降落技术的优点和发展情况之后,从下滑轨迹和导航方式两方面论述飞机降落技术的研究动态,最后对自主着陆/着舰技术进行展望,提出值得继续研究的4个方面,重点指出利用信息融合技术对包括视觉、雷达及其它相关传感器信息进行融合处理是未来飞机降落技术发展的必然趋势。 展开更多

关键词 自主着陆 自主着舰 视觉导航 飞行器降落

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嫦娥五号探测器自主着陆视觉避障方法与评价 被引量：8

5

作者 王立 刘洋 +2 位作者 华宝成 李涛 朱飞虎 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期975-981,共7页

对嫦娥五号探测器的视觉自主避障系统组成、方案及原理进行介绍。采用光学粗避障加激光精避障的两级接力避障模式,在光学粗避障阶段利用K均值聚类对图像障碍进行分割,对分割结果采用Delaunay三角剖分,并设计安全系数评价方法选择安全落... 对嫦娥五号探测器的视觉自主避障系统组成、方案及原理进行介绍。采用光学粗避障加激光精避障的两级接力避障模式,在光学粗避障阶段利用K均值聚类对图像障碍进行分割,对分割结果采用Delaunay三角剖分,并设计安全系数评价方法选择安全落点;在激光精避障阶段提出概率模型评价点云所示区域的着陆安全性。对两级避障的在轨图像利用上述方法进行仿真分析,并对着陆区域的安全性进行评价。结果显示两级避障均合理有效。 展开更多

关键词 嫦娥五号探测器 自主着陆 视觉避障系统

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计算机视觉辅助无人机自主着陆系统 被引量：6

6

作者 白亮 陈楸 滕科嘉 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2006年第S5期320-321,324,共3页

文中提出了一种利用卡尔曼滤波器对捷联惯导和图像信息进行组合的方法,并给出误差方程,对无人机的进场过程进行了仿真。结果说明,通过对图像和捷联惯导进行组合可以提高无人机入场过程中的定位精度,特别对高度方向的定位精度有很大提高。

关键词 计算机视觉 无人机 自主着陆 卡尔曼滤波

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基于视觉的无人作战飞机自主着陆导航方案 被引量：9

7

作者 陈磊 陈宗基 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期159-163,共5页

提出了基于视觉的无人作战飞机自主着陆组合导航方案.基于视觉的自主着陆组合导航系统,可以根据视觉、惯导、高度表等传感器系统的特点,融合各机载传感器的测量信息,在不依赖外部导航信息的情况下,得到无人作战飞机(UCAV)相对于跑道的... 提出了基于视觉的无人作战飞机自主着陆组合导航方案.基于视觉的自主着陆组合导航系统,可以根据视觉、惯导、高度表等传感器系统的特点,融合各机载传感器的测量信息,在不依赖外部导航信息的情况下,得到无人作战飞机(UCAV)相对于跑道的着陆导航信息.由于视觉信息在导航系统中的重要作用,对计算机视觉算法及其实时性进行了讨论.对如何将视觉信息与惯导、高度表信息融合,构造多速率扩展Kalman滤波器进行了阐述.通过自主开发的“UCAV自主着陆实时仿真验证平台”对该方案进行仿真,得到了满意的结果. 展开更多

关键词 无人作战飞机 导航系统 计算机视觉 KALMAN滤波 自主着陆

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基于视觉的UCAV自主着陆蒙特卡洛仿真研究 被引量：4

8

作者 张超 陈磊 陈宗基 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2235-2240,共6页

介绍了不确定性分析方法的应用以及不确定性的数学模型。回顾了蒙特卡洛仿真在飞控系统的鲁棒分析、鲁棒控制律设计以及灵敏度分析等方面的研究成果。设计并实现了基于MATLAB分布计算引擎(MATLAB Distributed Computing Engine)的分布... 介绍了不确定性分析方法的应用以及不确定性的数学模型。回顾了蒙特卡洛仿真在飞控系统的鲁棒分析、鲁棒控制律设计以及灵敏度分析等方面的研究成果。设计并实现了基于MATLAB分布计算引擎(MATLAB Distributed Computing Engine)的分布式蒙特卡洛仿真方案,开发了可以创建分布式仿真任务的蒙特卡洛仿真工具MCST(Monte Carlo Simulation Tool),可以方便地对于Simulink模型进行蒙特卡洛仿真。并且使用该工具进行基于视觉的UCAV自主着陆仿真研究。 展开更多

关键词 不确定性分析 蒙特卡洛仿真 分布式计算 自主着陆

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无人机自主着陆纵向控制律设计 被引量：4

9

作者 高九州 贾宏光 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1799-1806,共8页

针对无人机的自主高精度定点着陆,应用自适应内模控制(AIMC)原理设计了自主着陆纵向飞行控制律。以轮式无人机为平台,将纵向非线性模型解耦并线性化。然后,以地速和下沉率为控制目标,应用AIMC理论设计了纵向飞行控制律。通过对AIMC滤波... 针对无人机的自主高精度定点着陆,应用自适应内模控制(AIMC)原理设计了自主着陆纵向飞行控制律。以轮式无人机为平台,将纵向非线性模型解耦并线性化。然后,以地速和下沉率为控制目标,应用AIMC理论设计了纵向飞行控制律。通过对AIMC滤波参数进行自调整改善了系统的动态特性,基于对模型的辨识增强了系统的鲁棒性。在顺逆风6m/s的条件下对AIMC系统进行了数字仿真,结果显示其落点精度达到前后向30 m范围内。与传统内模控制(IMC)系统相比,提出的自适应内模控制(AIMC)系统在动态性能和落点精度等方面均有明显提高。最后,搭建了半物理测试平台,通过半物理仿真测试复现了系统数字仿真结果,验证了系统功能的完整性和协调性。 展开更多

关键词 无人机 自主着陆 自适应内模控制 纵向飞行控制律 数字仿真 半物理测试

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无人机精确自主着陆合作标志设计与研究 被引量：4

10

作者 胡鹏 郝向阳 +1 位作者 刘松林 程相博 《电子测量技术》 2018年第24期83-87,共5页

旋翼无人机基于计算机视觉的精确自主着陆技术研究有着重要的价值,合作标志的设计与检测以及利用合作标志信息估计无人机的位姿是其中的关键问题。首先设计了一种基于红外LED点阵的合作标志,简化了复杂背景的影响;其次,采用阈值分割、... 旋翼无人机基于计算机视觉的精确自主着陆技术研究有着重要的价值,合作标志的设计与检测以及利用合作标志信息估计无人机的位姿是其中的关键问题。首先设计了一种基于红外LED点阵的合作标志,简化了复杂背景的影响;其次,采用阈值分割、连通轮廓提取和灰度重心法,准确定位标志点中心,并利用合作标志特征点斜率信息进行标志点编码;最后,通过实验验证该合作标志的实用性,其在复杂背景环境和动态运动过程中,可以辅助无人机完成精确自主着陆,具有一定的应用与研究价值。 展开更多

关键词 自主着陆 合作标志 红外标志 无人机

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机器视觉辅助的UAV半自主着陆系统 被引量：4

11

作者 王昭 张平 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第A01期66-69,共4页

在UAV着陆的导航与控制中引入了机器视觉方法,提出了机器视觉辅助的UAV半自主着陆系统方案,该系统由图像获取与处理、导航解算和地面平台控制模块组成。图像获取模块使用多光谱摄像机和激光测距仪,分别获得UAV的图像和深度信息。图像处... 在UAV着陆的导航与控制中引入了机器视觉方法,提出了机器视觉辅助的UAV半自主着陆系统方案,该系统由图像获取与处理、导航解算和地面平台控制模块组成。图像获取模块使用多光谱摄像机和激光测距仪,分别获得UAV的图像和深度信息。图像处理模块使用目标分割和运动分析方法,测量UAV位置。导航解算模块使用Kalman滤波器抑制测量噪声,输出滤波结果用于导航,预测结果控制地面平台跟踪UAV。实时地实现了上述机器视觉算法,并结合虚拟现实环境建立了仿真系统。使用反射内存网络连接该仿真系统与各外部模块,进行了着陆过程联合仿真。结果表明,该系统能够满足UAV半自主着陆导航任务的要求。 展开更多

关键词 机器视觉 半自主着陆 虚拟现实 联合仿真

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无人机自主着陆过程中合作目标特征点的提取方法研究 被引量：3

12

作者 张勇 徐贵力 +3 位作者 章凤翎 程月华 田裕鹏 王彪 《航空兵器》 2010年第1期25-28,共4页

准确估计无人机着陆时的相对位置和姿态对实现无人机安全着陆具有重要的意义,正确地提取出合作目标中的特征点是一个重要环节。本文提出了一种合作目标特征点的提取方法,首先,通过Sobel算子对合作目标进行边缘检测;然后,利用轮廓跟踪获... 准确估计无人机着陆时的相对位置和姿态对实现无人机安全着陆具有重要的意义,正确地提取出合作目标中的特征点是一个重要环节。本文提出了一种合作目标特征点的提取方法,首先,通过Sobel算子对合作目标进行边缘检测;然后,利用轮廓跟踪获得合作目标的轮廓链码表;最后,利用合作目标的形状特征以及链码的特性,从合作目标的图像中提取出10个特征点。实验结果表明,本文的方法能很好地提取出合作目标的特征点,为后续的无人机姿态信息的精确计算提供了保障。 展开更多

关键词 无人机 自主着陆 合作目标 特征点提取

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无人机自主着陆半实物仿真系统设计 被引量：2

13

作者 吴德伟 胡奕明 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第24期6815-6817,6820,共4页

无人机自主着陆系统设计是实现大型无人机自主着陆的关键课题。设计了一种基于分米波仪表着陆技术体制的无人机自主着陆半实物仿真系统,用于设计和验证无人机着陆引导系统的稳定性、可靠性以及相关性能指标,替代工程研制的实际试飞,避... 无人机自主着陆系统设计是实现大型无人机自主着陆的关键课题。设计了一种基于分米波仪表着陆技术体制的无人机自主着陆半实物仿真系统,用于设计和验证无人机着陆引导系统的稳定性、可靠性以及相关性能指标,替代工程研制的实际试飞,避免承担风险和节省大量人力物力财力。无人机自主着陆半实物仿真系统设计包括分米波仪表着陆系统地面和机载设备模拟器、无线电高度表模拟器和激光测高仪模拟器、无人机数学模型仿真机和飞行控制仿真机以及仿真主控计算机等。实现了对无人机自主着陆全过程的仿真试验,仿真数据可作为研制无人机着陆引导实物系统的重要参考。 展开更多

关键词 无人机 自主着陆 半实物仿真 分米波仪表着陆

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基于Matlab/Simulink的无人机自主着陆过程仿真 被引量：2

14

作者 陈晓飞 董彦非 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2014年第11期55-58,63,共5页

为了研究无人机自主着陆过程中高度、速度和飞行轨迹角的变化特性,以提高无人机自主着陆的安全性和精确性,需要对无人机着陆过程进行数学建模。采用模块化设计思想,根据无人机非线性动力学和运动学方程,在Matlab/Simulink环境下建立了... 为了研究无人机自主着陆过程中高度、速度和飞行轨迹角的变化特性,以提高无人机自主着陆的安全性和精确性,需要对无人机着陆过程进行数学建模。采用模块化设计思想,根据无人机非线性动力学和运动学方程,在Matlab/Simulink环境下建立了无人机着陆仿真系统及其分系统模型。通过仿真分析,该模型能够比较真实地描述无人机着陆过程的特性,为更深入地无人机仿真研究打下基础。 展开更多

关键词 无人机 MATLAB/SIMULINK 自主着陆 仿真

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新型的无人机自主着陆地标设计与研究 被引量：3

15

作者 陈勇 刘亨立 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期934-938,共5页

在基于计算机视觉的无人机自主着陆过程中,地标的设计与检测以及无人机位姿估计是其中的关键问题。该文提出了一种基于极坐标变换的无人机位姿估计算法,并设计了新型的着陆地标。首先,充分利用极坐标所需参数少、计算简单的优点,将极坐... 在基于计算机视觉的无人机自主着陆过程中,地标的设计与检测以及无人机位姿估计是其中的关键问题。该文提出了一种基于极坐标变换的无人机位姿估计算法,并设计了新型的着陆地标。首先,充分利用极坐标所需参数少、计算简单的优点,将极坐标变换运用到位姿估计算法中,由此设计了半圆环形状的着陆地标;其次,利用显著性检测算法对地标进行检测,并利用Hough算法提取所检测到的地标中的直线;最后,实验结果表明该算法准确快速,且适用于复杂背景的情况,该地标在无人机自主着陆中是可行的。 展开更多

关键词 自主着陆 地标 极坐标 无人机

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基于光流的四旋翼直升机鲁棒自主着陆控制 被引量：8

16

作者 张连华 王京 +1 位作者 石宗英 钟宜生 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期1492-1500,共9页

针对小型四旋翼无人机自主着陆问题,提出了一种基于光流的高度估计方法和基于信号补偿的高度鲁棒控制器设计方法.首先从通用光流运动模型出发,采用奇异值分解方法求解无人机线速度和深度的比值,通过对垂直速度和高度比值积分获得高度数... 针对小型四旋翼无人机自主着陆问题,提出了一种基于光流的高度估计方法和基于信号补偿的高度鲁棒控制器设计方法.首先从通用光流运动模型出发,采用奇异值分解方法求解无人机线速度和深度的比值,通过对垂直速度和高度比值积分获得高度数据.其次,将考虑地效影响和其它不确定性的高度通道非线性模型分解为标称线性模型和等效扰动两部分,并设计基于信号补偿的高度鲁棒控制器,该控制器由标称控制器和鲁棒补偿器组成,其中标称控制器使得标称闭环系统达到期望的高度跟踪特性,鲁棒补偿器用于抑制等效扰动的影响.最后从理论上证明了该控制器可以保证高度跟踪误差在有限时间内收敛至指定的原点邻域内.四旋翼无人机自主着陆的实验结果验证了所提出的基于光流的高度估计和鲁棒控制方法的有效性. 展开更多

关键词 无人机 光流 鲁棒控制 自主着陆

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基于视觉的无人机自主着陆地标识别方法 被引量：4

17

作者 李宇 王友仁 +2 位作者 罗慧 陈燕 姜媛媛 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2012年第7期2780-2783,共4页

在无人机自主着陆过程中,传统地标识别方法的相似阈值确定需大量实验估计。为解决此问题,采用一种基于仿射不变矩和支持向量机的识别方法,首先设计了六圆组合的图标作为无人机自主着陆地标;由于无人机会拍摄到发生扭曲的地标图像,因此... 在无人机自主着陆过程中,传统地标识别方法的相似阈值确定需大量实验估计。为解决此问题,采用一种基于仿射不变矩和支持向量机的识别方法,首先设计了六圆组合的图标作为无人机自主着陆地标;由于无人机会拍摄到发生扭曲的地标图像,因此提取地标的仿射不变矩作为输入特征;最后将其输入支持向量机分类模型,完成地标的识别。与传统的几何不变矩和BP神经网络相比较,该方法提高了地标的识别精度并降低了识别测试时间,因此对地标识别具有一定的实用性。 展开更多

关键词 无人机自主着陆 地标设计 地标识别 仿射不变矩 支持向量机

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基于仿生双目的无人旋翼机自主着陆方法 被引量：2

18

作者 张丽薇 谢少荣 +1 位作者 罗均 王涛 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2010年第19期193-194,197,共3页

基于仿生双目理论提出一种仿双眼异向运动的变视轴夹角双目视觉系统,通过对实时采集的目标图像的处理,研究其双目摄像机夹角的在线自标定,实现获取无人旋翼机的实时高度信息。实验结果表明,该方法获得的光轴夹角信息相对误差小于5%,能... 基于仿生双目理论提出一种仿双眼异向运动的变视轴夹角双目视觉系统,通过对实时采集的目标图像的处理,研究其双目摄像机夹角的在线自标定,实现获取无人旋翼机的实时高度信息。实验结果表明,该方法获得的光轴夹角信息相对误差小于5%,能准确控制双目摄像机的转动,避免由于双目视觉盲区所造成的着陆误差,系统所标定出的旋翼机高度信息也为其安全着陆提供了有力保障。 展开更多

关键词 无人旋翼机 仿生视觉 自主着陆 摄像机标定

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基于模糊干扰观测器的无人机自主着陆逆控制器设计 被引量：3

19

作者 程士广 姜长生 吴庆宪 《电光与控制》 北大核心 2012年第11期17-20,25,共5页

针对具有显著非线性和不确定性的无人机自主着陆系统,提出基于模糊干扰观测器的非线性动态逆的控制方法,用于降低控制器对不确定性的要求。基于时标分离原则,将无人机自主着陆系统分为快回路、慢回路、非常慢回路和极慢回路,通过在快回... 针对具有显著非线性和不确定性的无人机自主着陆系统,提出基于模糊干扰观测器的非线性动态逆的控制方法,用于降低控制器对不确定性的要求。基于时标分离原则,将无人机自主着陆系统分为快回路、慢回路、非常慢回路和极慢回路,通过在快回路、慢回路和非常慢回路设计动态逆控制律使状态解耦,设计直线下滑和指数拉平的着陆轨迹,并在极慢回路进行跟踪。设计基于模糊系统的干扰观测器,以逼近外部干扰和内部不确定性等复合干扰,基于李雅普诺夫理论证明系统稳定性。最后给出了无人机自主着陆轨迹跟踪控制仿真,仿真结果表明设计控制器具有良好鲁棒性,完成无人机在外界干扰下的自主着陆控制。 展开更多

关键词 自主着陆 模糊干扰观测器 动态逆控制 不确定系统 鲁棒性控制

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图像跟踪技术在无人机自主着陆导航中的应用 被引量：9

20

作者 耿明志 戎亚新 《兵工自动化》 2007年第1期1-2,7,共3页

引导无人机自主着陆,采用2个图像采集分系统的双摄像机视觉导航系统。由图像跟踪技术在图像中锁定无人机,并通过转台记录偏转的角度,以确定无人机的相对空间位置。并采用边缘跟踪算法,获取运动物体的外部轮廓特征,对序列图像进行处理,... 引导无人机自主着陆,采用2个图像采集分系统的双摄像机视觉导航系统。由图像跟踪技术在图像中锁定无人机,并通过转台记录偏转的角度,以确定无人机的相对空间位置。并采用边缘跟踪算法,获取运动物体的外部轮廓特征,对序列图像进行处理,继而实现对运动物体进行识别跟踪。其仿真结果表明跟踪效果良好。 展开更多

关键词 无人机 自主着陆 双摄像机视觉导航 图像边缘跟踪

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