CN109839115A - 一种无人机着陆方法、装置及存储介质 - Google Patents
一种无人机着陆方法、装置及存储介质 Download PDFInfo
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Abstract
本申请提供了一种无人机着陆方法，该方法包括获取目标的图像，判断图像中是否具有预设的着陆目标外环；若具有预设的着陆目标外环，则判断着陆目标外环内是否具有预设的标记图像；若具有预设的标记图像，则判断标记图像与所述着陆目标外环中心是否相同；若相同，则控制无人机向标记图像进行着陆。
Description
技术领域
本申请涉及无人机导航技术领域，主要涉及一种无人机着陆方法、装置及存储介质。
背景技术
无人机(Unmanned Aerial Vehicles，UAV)自问世以来就受到人们广泛的关注，随着科学技术的进步，无人机已经应用到了地形探测、灾难检测、空中侦察等多个方面。而无人机着落阶段是无人机执行任务中事故率最高的阶段，因此研究安全可靠的自动化着落引导方法对于保障无人机安全、减少事故率、有效完成作战任务、减少无人机使用成本等有着重要的意义。寻求一种简易、快捷、自主、可靠的无人机着落引导方式，是目前需要解决的重要问题。
然而目前的无人机着陆方式都是通过神经网络对其进行多次训练来达到安全着陆的效果，存在着着陆方法训练繁琐，适用性不强的问题。
申请内容
本申请的目的在于提供一种无人机着陆方法、装置及存储介质，用于目前无人机着陆方法训练繁琐，适用性不强解决的问题。
为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案如下：
第一方面：本申请提供了一种无人机着陆方法，所述方法包括：
获取目标的图像，判断所述图像中是否具有预设的着陆目标外环；
若具有预设的着陆目标外环，则判断所述着陆目标外环内是否具有预设的标记图像；
若具有预设的标记图像，则判断所述标记图像与所述着陆目标外环中心是否相同；
若相同，则控制无人机向所述标记图像进行着陆。
上述方案设计的方法，通过无人机获取目标的图像来判断图像与标准图像是否一致来判断是否是着陆目标，无需进行繁琐的训练，利用图像处理和几何计算来进行着陆分析，改变停机目标只需要适当改变参数，简单，着陆精准，并且适应性强。
在第一方面的可选实施方式中，在所述控制无人机向所述标记图像进行着陆之后，所述方法还包括：
判断所述标记图像是否完全可视，若所述标记图像不能完全可视，则获取目标的第二图像，判断所述第二图像中是否具有预设的着陆目标内环，
若具有预设的着陆目标内环，则控制无人机在所述着落目标内环进行着陆。
上述方案设计的方法，在不能完全可视标记图像时，进行内环探测，把内环作为着陆点，使得着陆更加准确。
在第一方面的可选实施方式中，所述判断所述目标的图像中是否具有预设的着陆目标外环，包括：
提取所述图像的边缘信息，所述边缘信息包括椭圆环；
计算所述椭圆环之间的几何参数信息，判断所述几何参数信息是否在设定的阈值范围内；
若是，则所述目标的图像中具有预设的着陆目标外环。
在第一方面的可选实施方式中，所述判断所述着陆目标外环内是否具有预设的标记图像，包括：
提取所述着陆目标外环内的边缘信息，所述边缘信息包括标记轮廓信息；
将所述标记轮廓转化成特征图，判断所述特征图与标准特征图的相似度是否在设定的阈值范围内；
若是，则所述外环内具有预设的标记图像。
在第一方面的可选实施方式中，所述判断所述目标的第二图像中是否具有预设的着陆目标内环，包括：
利用模块匹配算法提取所述目标第二图像中的图像；
计算所述图像与模块的误差平方和是否在设定的阈值范围内；
若是，则所述目标第二图像具有所述预设的着陆目标内环。
上述方案设计的方法，通过模块匹配算法使得近距离相机失焦问题得到解决，能够使得无人机更加准确的降落着陆点。
在第一方面的可选实施方式中，在所述获取目标的图像之前，所述方法包括：
控制无人机到达指定地理位置。
第二方面：本申请提供了一种无人机着陆装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取目标的图像；
判断模块，用于判断所述图像是否具有预设的着陆目标外环；以及，在判断所述图像具有预设的着陆目标外环之后，判断所述着陆目标外环内是否具有预设的标记图像；以及，在判断具有预设的标记图像之后，判断所述标记图像与所述着陆目标外环中心是否相同；
控制模块，用于在所述判断模块判断所述标记图像与所述着陆目标外环中心相同之后，控制无人机向所述标记图像进行着陆。
上述方案设计的装置，通过无人机获取目标的图像来判断图像与标准图像是否一致来判断是否是着陆目标，无需进行繁琐的训练，利用图像处理和几何计算来进行着陆分析，改变停机目标只需要适当改变参数，简单，着陆精准，并且适应性强。
在第二方面的可选实施方式中，在所述控制模块控制无人机向所述标记图像进行着陆之后，所述判断模块，还用于判断所述标记图像是否完全可视；
所述获取模块，还用于在所述判断模块判断所述标记图像不完全可视之后，获取目标的第二图像；
所述判断模块，还用于判断所述第二图像中是否具有预设的着陆目标内环；
所述控制模块，还用于在所述判断模块判断所述第二图像中具有预设的着陆目标内环之后，控制无人机在所述着陆目标内环进行着陆。
第三方面：本申请提供一种电子设备，包括：处理器，以及分别与处理器连接的存储器和通信模块，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，所述通信模块用于与外部设备进行通信传输；当所述计算设备运行时，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行时执行第一方面、第一方面的任一可选的实现方式中的所述方法。
第四方面：本申请提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行第一方面、第一方面的任一可选的实现方式中的所述方法。
第五方面：本申请提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面、第一方面的任一可选的实现方式中的所述方法。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请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
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本申请的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。
图1是本申请第一实施例提供的无人机着陆方法第一流程图；
图2是本申请第一实施例提供的无人机着陆方法第二流程图；
图3是本申请第二实施例提供的无人机着陆装置结构示意图；
图4是本申请第三实施例提供的电子设备结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
第一实施例
如图1所示，本申请提供一种无人机着陆方法，该方法包括：
步骤101：获取目标的图像，判断该图像中是否具有预设的着陆目标外环，若具有预设的着陆目标外环，则转到步骤102。
步骤102：判断着陆目标外环是否具有预设的标记图像，若具有预设的标记图像，则转到步骤103。
步骤103：判断标记图像与着陆目标外环中心是否相同，若相同，则转到步骤104。
步骤104：控制无人机向标记图像进行着陆。
对于步骤101中的获取目标图像的方式，可通过无人机上的视觉传感器或激活视觉系统来进行获得；
另外，这里需要说明的是，上述方案包括了白天和夜晚两种无人机着陆的时间场景：在白天时，无人机可通过视觉传感器，摄像头等来获得目标图像，在夜晚时，可在着陆目标图像轮廓上设置LED，通过无人机上设置的红外传感器来识别LED发出的光，来获取着陆目标的信息。
对于步骤101中的在获取图像之后，会进行一系列的图像处理，比如将彩色图像转化为灰度图像，便于根据亮度信息获得视觉特征和边缘信息的提取；图像经过框式滤波器处理，并利用舵机算法来探测边缘的大致位置；由于相机透镜曲率的影响，会对边缘结构信息做一些矫正，另外在进行边缘信息的提取的时候，可通过从图像最外延往内部进行提取。
对于步骤102，这里需要说明的是，预设的标记图像指的是在设置无人机着陆标识时的标记轮廓，其中，标记的轮廓可为任意形状，其形状不限制本申请的保护范围，例如外环内的标记图形可以是A型标记或者H型等字母形状，也可以是其他的图案等；假设标记图像为A型时，无人机可通过A型标记调整无人机的着陆姿态，无人机的头部朝向A型的顶部。
对于步骤104中的控制无人机向标记图像进行着陆，指的是控制无人机在标记图像这个范围区域内都可以进行降落，至于降落点可通过任意方式获得。
上述方案设计的方法，通过无人机获取目标的图像来判断图像与标准图像是否一致来判断是否是着陆目标，无需进行繁琐的训练，利用图像处理和几何计算来进行着陆分析，改变停机目标只需要适当改变参数，简单，着陆精准，并且适应性强。
可选地，在步骤101获取目标的图像之前，控制无人机到达指定的地理位置。
需要说明的是，此时到达的是设定的经纬度，无人机此时还在一定高度的空中。
另外，在达到设定的经纬度之后，无人机可通过声呐、雷达等方式探测无人机下方的空间有无阻碍降落的遮挡物等。
可选地，对于步骤101中的判断该图像中是否具有预设的着陆目标外环，包括：
提取所述图像的边缘信息，所述边缘信息包括椭圆环；
计算所述椭圆环之间的几何参数信息，判断所述几何参数信息是否在设定的阈值范围内；
若是，则所述目标的图像中具有预设的着陆目标外环。
上述方案可通过以下具体实现：
首先假设椭圆符合以下公式
Au2+Buv+Cv2+Du+Ev+F＝O
其中，u和v分别表示图像坐标系中的横坐标和纵坐标；A、B、C、D、E、F分别为系数。
(1)利用最小二乘拟合程序得到椭圆的基本参数(A，B，C，D，E，F)，再计算每个椭圆的根均方误差(RMSE)，保留误差低于阈值的椭圆信息。
(2)使用经典几何公式得到每个椭圆的长短轴长度和质心坐标，具体公式如下：
其中，a和b分别表示椭圆的长轴和短轴；uc和vc分别表示质心坐标的横坐标和纵坐标。
(3)外环是由一对同心圆构成的，计算每两个椭圆质心之间的距离，当距离低于阈值时认为这两个椭圆是同心的，将这组椭圆送至接下来的检测。
(4)两个圆半径成比例，验证所得椭圆长轴之比，与预设值(比如0.8)接近则认为该组椭圆为目标外环。
可选地，对于步骤102中的判断着陆目标外环是否具有预设的标记图像，包括：
提取所述着陆目标外环内的边缘信息，所述边缘信息包括标记轮廓信息；
将所述标记轮廓转化成特征图，判断所述特征图与标准特征图的相似度是否在设定的阈值范围内；
若是，则所述外环内具有预设的标记图像。
上述方案可通过以下具体实现：
(1)通过图像处理算法识别外环内标记图像的纹理轮廓，并获取纹理轮廓的物理参数信息。
(2)计算标记图像中每个像素到直线的距离，并对所得结果进行滤波以突出峰值。
(3)对整个轮廓的长度进行归一化处理，保证所有特征图的横坐标一致。
(4)仅将峰值高度转化为角度表示在特征图中，每个峰值都代表着出现了拐点或者角落。通过判断特征图与标准特征图的相似度来判断轮廓是否为A型，不同的轮廓对应的尖峰的角度及横轴的间隔都是不同的，这就保证了算法的可靠性。
可选地，如图2所示，在步骤104控制无人机向所述标记图像进行着陆之后，所述方法还包括：
步骤105：判断标记图像是否完全可视，若标记图像不完全可视，转到步骤106。
步骤106：获取目标的第二图像，判断第二图像中是否具有着陆目标内环，若具有着陆目标内环，转到步骤107。
步骤107：控制无人机在所述着落目标内环进行着陆。
对于步骤105中的标记图像不完全可视，指的是无人机视觉不能够获得标记图像的完整图像；因为在无人机向标记图像降落时，无人机会越飞越低，所以标记图像会逐渐变大，在降落到一定高度时，标记图像不能被完全获得了，此时，则进行获取目标的第二图像；另外，这里需要说明的是内环的位置一定是在标记图像的内部。
上述方案设计的方法，在不能完全可视标记图像时，进行内环探测，把内环作为着陆点，使得着陆更加准确。
可选地，对于步骤106中的判断第二图像中是否具有着陆目标内环，包括：
利用模块匹配算法提取所述目标第二图像中的图像；
计算所述图像与模块的误差平方和是否在设定的阈值范围内；
若是，则所述目标第二图像具有所述预设的着陆目标内环。
上述方案可通过以下具体实现：
(1)利用模块匹配算法来提取有用的信息，边界框会在每轮次扫描中逐步增大，直至放大至整个图像。
(2)计算每个边界框内图像与模块的误差平方和，并且以此为度量，误差平方和最小的直接作为我们的着陆目标内环。
由于使用了模块匹配算法，导致未知姿态估计所需要的两个椭圆轴的精确测量信息，所以在确定的边界框里在横纵方向应用边缘探测算法，从而获得轴信息，进一步验证匹配结果。
第二实施例
如图3所示，本申请提供一种无人机着陆装置，该装置包括：
获取模块201，用于获取目标的图像；
判断模块202，用于判断图像是否具有预设的着陆目标外环；以及，在判断图像具有预设的着陆目标外环之后，判断所述着陆目标外环内是否具有预设的标记图像；以及，在判断具有预设的标记图像之后，判断标记图像与所述着陆目标外环中心是否相同；
控制模块203，用于在判断模块202判断所述标记图像与着陆目标外环中心相同之后，控制无人机向标记图像进行着陆。
上述方案设计的装置，通过无人机获取目标的图像来判断图像与标准图像是否一致来判断是否是着陆目标，无需进行繁琐的训练，利用图像处理和几何计算来进行着陆分析，改变停机目标只需要适当改变参数，简单，着陆精准，并且适应性强。
在第二实施例的可选实施方式中，在控制模块203控制无人机向标记图像进行着陆之后，判断模块202，还用于判断标记图像是否完全可视；
获取模块201，还用于在判断模块202判断标记图像不完全可视之后，获取目标的第二图像；
判断模块202，还用于判断第二图像中是否具有预设的着陆目标内环；
控制模块203，还用于在判断模块202判断第二图像中具有预设的着陆目标内环之后，控制无人机在着陆目标内环进行着陆。
第三实施例
如图4所示，本申请提供一种电子设备，包括：处理器301，以及分别与处理器连接的存储器302和通信模块303，存储器302存储有处理器301可执行的机器可读指令，通信模块303用于与外部设备进行通信传输；当所述计算设备运行时，处理器301执行所述机器可读指令，以执行时执行第一实施例、第一实施例的任一可选的实现方式中的所述方法。
本申请提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行第一实施例、第一实施例的任一可选的实现方式中的所述方法。
本申请提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行第一实施例、第一实施例的任一可选的实现方式中的所述方法置。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种无人机着陆方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标的图像，判断所述图像中是否具有预设的着陆目标外环；
若具有预设的着陆目标外环，则判断所述着陆目标外环内是否具有预设的标记图像；
若具有预设的标记图像，则判断所述标记图像与所述着陆目标外环中心是否相同；
若相同，则控制无人机向所述标记图像进行着陆。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述控制无人机向所述标记图像进行着陆之后，所述方法还包括：
判断所述标记图像是否完全可视，若所述标记图像不能完全可视，则获取目标的第二图像，判断所述第二图像中是否具有预设的着陆目标内环，
若具有预设的着陆目标内环，则控制无人机在所述着落目标内环进行着陆。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述判断所述目标的图像中是否具有预设的着陆目标外环，包括：
提取所述图像的边缘信息，所述边缘信息包括椭圆环；
计算所述椭圆环之间的几何参数信息，判断所述几何参数信息是否在设定的阈值范围内；
若是，则所述目标的图像中具有预设的着陆目标外环。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述判断所述着陆目标外环内是否具有预设的标记图像，包括：
提取所述着陆目标外环内的边缘信息，所述边缘信息包括标记轮廓信息；
将所述标记轮廓转化成特征图，判断所述特征图与标准特征图的相似度是否在设定的阈值范围内；
若是，则所述外环内具有预设的标记图像。
5.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述判断所述目标的第二图像中是否具有预设的着陆目标内环，包括：
利用模块匹配算法提取所述目标第二图像中的图像；
计算所述图像与模块的误差平方和是否在设定的阈值范围内；
若是，则所述目标第二图像具有所述预设的着陆目标内环。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述获取目标的图像之前，所述方法包括：
控制无人机到达指定地理位置。
7.一种无人机着陆装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取目标的图像；
判断模块，用于判断所述图像是否具有预设的着陆目标外环；以及，在判断所述图像具有预设的着陆目标外环之后，判断所述着陆目标外环内是否具有预设的标记图像；以及，在判断具有所述预设的标记图像之后，判断所述标记图像与所述着陆目标外环中心是否相同；
控制模块，用于在所述判断模块判断所述标记图像与所述着陆目标外环中心相同之后，控制无人机向所述标记图像进行着陆。
8.根据权利要求7所述装置，其特征在于，在所述控制模块控制无人机向所述标记图像进行着陆之后，所述判断模块，还用于所述标记图像是否完全可视；
所述获取模块，还用于在所述判断模块判断所述标记图像不完全可视之后，获取目标的第二图像；
所述判断模块，还用于判断所述第二图像中是否具有预设的着陆目标内环；
所述控制模块，还用于在所述判断模块判断所述第二图像中具有预设的着陆目标内环之后，控制无人机在所述着陆目标内环进行着陆。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器，以及分别与所述处理器连接的存储器和通信模块，
所述存储器，用于存储所述处理器可执行的机器可读指令；
所述通信模块，用于与外部设备进行通信传输；
所述处理器，用于执行所述机器可读指令，以执行如权利要求1-6中任意一项所述的方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。
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