基于視覺的無人機(jī)自主著陸跑道識別與位姿估計的開題報告

基于視覺的無人機(jī)自主著陸跑道識別與位姿估計的開題報告一、研究背景和意義隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)的應(yīng)用日漸廣泛，涉及農(nóng)業(yè)、航測、環(huán)境監(jiān)測、消防、救援等諸多領(lǐng)域。無人機(jī)的著陸是無人機(jī)應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)之一，無人機(jī)的自主著陸是實現(xiàn)無人機(jī)長時間飛行和多次任務(wù)執(zhí)行的必要條件，而無人機(jī)著陸需要建立跑道其懸停過程精度、位姿控制和決策制導(dǎo)等關(guān)鍵技術(shù)是無人機(jī)自主著陸研究的重點與難點之一?；谝曈X的無人機(jī)跑道識別技術(shù)可以通過無人機(jī)上搭載的相機(jī)采集的圖像信息來判斷無人機(jī)著陸的跑道位置和方向，為無人機(jī)自主著陸提供可行的解決方案。同時，基于視覺的無人機(jī)位姿估計技術(shù)，可以根據(jù)跑道的視覺反饋信息對無人機(jī)的六自由度外部位置及其姿態(tài)偏差進(jìn)行實時估計與修正，提高無人機(jī)的精度和穩(wěn)定性，使無人機(jī)能夠在復(fù)雜環(huán)境中實現(xiàn)能夠自主安全地著陸。二、研究內(nèi)容和研究方法目前，關(guān)于無人機(jī)自主著陸方面的研究已經(jīng)有不少成果，智能引導(dǎo)、光遙感測量和機(jī)載傳感器都對無人機(jī)的自主著陸做出了重要的貢獻(xiàn)，但現(xiàn)有的研究基本以基于GPS全球定位系統(tǒng)作為基礎(chǔ)的無人機(jī)自主著陸系統(tǒng)為主，在復(fù)雜天氣、草地、樹林等環(huán)境下，GPS數(shù)據(jù)的精度和穩(wěn)定性無法保證，這就限制了無人機(jī)自主著陸的有效性和可靠性。本文將從視覺信息的角度出發(fā)，研究基于視覺的無人機(jī)自主著陸跑道識別和位姿估計技術(shù)。主要的研究內(nèi)容包括：1.跑道圖像分割與特征提?。翰捎脽o人機(jī)搭載的視覺設(shè)備拍攝跑道圖像，對圖像進(jìn)行分割和特征提取，提取跑道區(qū)域以及跑道邊緣提取，同時加深對跑道性質(zhì)的識別和理解。2.跑道方向估計和位置檢測：根據(jù)跑道圖像提取的特征信息，通過機(jī)器人感知與控制技術(shù)進(jìn)行無人機(jī)的跑道方向和位置檢測，實現(xiàn)對跑道位置的識別和定位。3.六自由度位姿估計：采用視覺SLAM算法進(jìn)行無人機(jī)位姿估計，通過視覺反饋對無人機(jī)的六自由度位置和姿態(tài)偏差進(jìn)行實時修正。本文的研究方法主要采用計算機(jī)視覺技術(shù)與控制理論相結(jié)合，以機(jī)器視覺、圖像處理、目標(biāo)檢測、跟蹤與識別、圖像特征提取、SLAM算法、姿態(tài)估計等技術(shù)方法為基礎(chǔ)，通過仿真實驗和實驗室測試，不斷優(yōu)化和完善基于視覺的無人機(jī)自主著陸跑道識別和位姿估計系統(tǒng)的性能和可靠性。三、研究進(jìn)展和預(yù)期結(jié)果目前，基于視覺的無人機(jī)自主著陸是無人機(jī)自主著陸技術(shù)的一種新興方案，相關(guān)研究還處于初步探索階段。通過對現(xiàn)有文獻(xiàn)的查閱和分析，以及國內(nèi)外相關(guān)專家的交流和探討，本研究將基于計算機(jī)視覺與控制理論相結(jié)合，針對復(fù)雜環(huán)境下無人機(jī)自主著陸的技術(shù)難點，開展以下工作：1.設(shè)計基于視覺的無人機(jī)自主著陸跑道識別與位姿估計系統(tǒng)的系統(tǒng)框架。2.研究跑道圖像的分割和特征提取，在多種場景下測試效果。3.設(shè)計相應(yīng)的圖像特征算法和對光度變化的魯棒性特征變換算法，提高圖像處理算法的準(zhǔn)確性和速度。4.嘗試?yán)脵C(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行跑道方向和位置估計，并進(jìn)行模擬實驗和實際驗證。5.整合基于視覺的無人機(jī)位姿估計技術(shù)，設(shè)計相應(yīng)的控制算法，并進(jìn)行仿真測試和實驗驗證。預(yù)期成果：本研究將基于計算機(jī)視覺和控制理論方法，實現(xiàn)基于視覺的無人機(jī)自主著陸跑道識別與位姿估計技術(shù)。通過系