基于圖像處理的無人機(jī)著陸位置搜索系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于圖像處理的無人機(jī)著陸位置搜索系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無人機(jī)(unmanned aerial vehicle或drone)，是無人駕駛飛機(jī)的簡稱，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。從技術(shù)角度定義可以分為:無人直升機(jī)、無人固定翼機(jī)、無人多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機(jī)等。
[0003]無人機(jī)是一種由無線電遙控設(shè)備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器。20世紀(jì)20年代最早出現(xiàn)，當(dāng)時是作為訓(xùn)練用的靶機(jī)使用的。是一個許多國家用于描述最新一代無人駕駛飛機(jī)的術(shù)語。從字面上講，這個術(shù)語可以描述從風(fēng)箏，無線電遙控飛機(jī)，到V-1飛彈從發(fā)展來的巡航導(dǎo)彈，但是在軍方的術(shù)語中僅限于可重復(fù)使用的比空氣重的飛行器。
[0004]無人機(jī)用途廣泛，成本低，效費比好；無人員傷亡風(fēng)險；生存能力強(qiáng)，機(jī)動性能好，使用方便，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中有極其重要的作用，在民用領(lǐng)域更有廣闊的前景。偵察機(jī)用于完成戰(zhàn)場偵察和監(jiān)視、定位校射、毀傷評估、電子戰(zhàn)等；也可民用，如邊境巡邏、核輻射探測、航空攝影、航空探礦、災(zāi)情監(jiān)視、交通巡邏、治安監(jiān)控等。靶機(jī)可作為火炮、導(dǎo)彈的靶標(biāo)。
[0005]無人機(jī)雖然應(yīng)用廣泛，但比起起飛階段，其降落是一個難題，尤其在尋找合適地貌的著陸點方面一直缺乏精確的合適地貌特征數(shù)據(jù)，無法對合適地貌的著陸點進(jìn)行準(zhǔn)確定位以方便無人機(jī)的降落。本發(fā)明搭建了一種基于圖像處理的無人機(jī)著陸位置搜索系統(tǒng)，能夠在航拍圖像中找到合適降落的地貌區(qū)域，并對地貌區(qū)域進(jìn)行定位，以及基于定位數(shù)據(jù)驅(qū)動無人機(jī)飛赴所述選擇的地貌區(qū)域，在提高無人機(jī)降落的安全性的同時，減少了遠(yuǎn)端的人工干預(yù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于圖像處理的無人機(jī)著陸位置搜索系統(tǒng)，以超高清航拍設(shè)備拍攝到無人機(jī)的機(jī)身下方圖像，通過無線通信技術(shù)獲得秘密保藏的各種地貌特征數(shù)據(jù)，采用著陸區(qū)域搜索設(shè)備對所述機(jī)身下方圖像進(jìn)行圖像處理以搜索到合適地貌區(qū)域，并根據(jù)北斗星定位設(shè)備、無線電高度傳感器和氣壓高度傳感器的測量結(jié)果對合適地貌區(qū)域進(jìn)行精確定位。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種基于圖像處理的無人機(jī)著陸位置搜索系統(tǒng)，所述搜索系統(tǒng)設(shè)置在無人機(jī)上，包括航拍攝像設(shè)備、著陸區(qū)域搜索設(shè)備和主控設(shè)備，所述航拍攝像設(shè)備用于對無人機(jī)機(jī)身下方進(jìn)行圖像采集，以獲得機(jī)身下方圖像，所述著陸區(qū)域搜索設(shè)備與所述航拍攝像設(shè)備連接，用于對所述機(jī)身下方圖像進(jìn)行圖像處理，以在所述機(jī)身下方圖像中搜索適合著陸的地貌類型所對應(yīng)的著陸區(qū)域，所述主控設(shè)備與所述著陸區(qū)域搜索設(shè)備連接，用于將所述著陸區(qū)域?qū)?yīng)的著陸位置的信息發(fā)送給無人機(jī)驅(qū)動設(shè)備以驅(qū)動所述無人機(jī)在所述著陸位置處著陸。
[0008]更具體地，在所述基于圖像處理的無人機(jī)著陸位置搜索系統(tǒng)中，還包括:北斗星定位設(shè)備，連接北斗星導(dǎo)航衛(wèi)星，用于接收無人機(jī)所在位置的實時定位數(shù)據(jù)；無線電高度傳感器，包括無線電發(fā)射機(jī)、無線電接收機(jī)和AT89C51單片機(jī)，所述AT89C51單片機(jī)與所述無線電發(fā)射機(jī)和所述無線電接收機(jī)分別連接，所述無線電發(fā)射機(jī)向地面發(fā)射無線電波，所述無線電接收機(jī)接收地面反射的無線電波，所述AT89C51單片機(jī)根據(jù)所述無線電發(fā)射機(jī)的發(fā)射時間、所述無線電接收機(jī)的接收時間和無線電波傳播速度計算無人機(jī)的實時無線電高度，所述無線電波傳播速度為光速；氣壓高度傳感器，用于根據(jù)無人機(jī)附近的氣壓變化，檢測無人機(jī)所在位置的實時氣壓高度；無線通訊接口，與遠(yuǎn)端的無人機(jī)飛行控制平臺建立雙向的無線通信鏈路，用于接收所述無人機(jī)飛行控制平臺發(fā)送的各種地貌對應(yīng)的特征向量、高度差閾值、無線電高度權(quán)重和氣壓高度權(quán)重，還用于將復(fù)合圖像發(fā)送給所述無人機(jī)飛行控制平臺；移動硬盤，用于在所述主控設(shè)備的控制下，接收并存儲各種地貌對應(yīng)的特征向量、高度差閾值、無線電高度權(quán)重和氣壓高度權(quán)重，所述移動硬盤還預(yù)先存儲了分割數(shù)量查找表和各種地貌用于著陸的適宜度，所述圖像分割數(shù)量查找表以圖像數(shù)據(jù)量等級為索引，存儲了每一等級的圖像數(shù)據(jù)量對應(yīng)的圖像分割數(shù)量，圖像數(shù)據(jù)量等級越高，圖像分割數(shù)量越多；所述航拍攝像設(shè)備為線陣數(shù)碼航空攝影機(jī)，包括減震底架、前蓋玻璃、鏡頭、濾鏡和成像電子單元，用于對無人機(jī)機(jī)身下方進(jìn)行圖像采集，以獲得機(jī)身下方圖像，所述機(jī)身下方圖像的分辨率為3840X2160 ;所述著陸區(qū)域搜索設(shè)備與所述航拍攝像設(shè)備和所述移動硬盤分別連接，包括圖像預(yù)處理子設(shè)備、圖像分割子設(shè)備和圖像搜索子設(shè)備；所述圖像預(yù)處理子設(shè)備與所述航拍攝像設(shè)備連接，用于對所述機(jī)身下方圖像依次進(jìn)行對比度增強(qiáng)和小波濾波處理，獲得濾波圖像；所述圖像分割子設(shè)備與所述圖像預(yù)處理子設(shè)備和所述移動硬盤分別連接，對所述濾波圖像估算進(jìn)行MPEG-4壓縮編碼后的壓縮圖像數(shù)據(jù)量對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)量等級，以所述對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)量等級為索引，在所述圖像分割數(shù)量查找表查找對應(yīng)的圖像分割數(shù)量作為目標(biāo)圖像分割數(shù)量，基于所述目標(biāo)圖像分割數(shù)量對所述濾波圖像進(jìn)行均分，以獲得多個濾波細(xì)分圖像；所述圖像搜索子設(shè)備與所述圖像分割子設(shè)備和所述移動硬盤分別連接，對每一個濾波細(xì)分圖像進(jìn)行Contourlet變換，獲得九個子圖，所述九個子圖包括一個低頻子圖和八個高頻子圖，對所述九個子圖的每一個子圖提取Hu的七個不變矩，以獲得六十三個不變矩，將所述六十三個不變矩進(jìn)行排列以組成向量形式，獲得每一個濾波細(xì)分圖像的特征向量，將每一個濾波細(xì)分圖像的特征向量與各種地貌對應(yīng)的特征向量進(jìn)行逐一匹配，以確定每一個濾波細(xì)分圖像對應(yīng)的地貌，在多個濾波細(xì)分圖像對應(yīng)的地貌中選擇用于著陸的適宜度最高的地貌，并根據(jù)選擇到的地貌所對應(yīng)的一個或多個濾波細(xì)分圖像在所述濾波圖像中的相對位置確定所述機(jī)身下方圖像中的著陸區(qū)域；所述主控設(shè)備與所述航拍攝像設(shè)備、所述著陸區(qū)域搜索設(shè)備、所述北斗星定位設(shè)備、所述無線電高度傳感器、所述氣壓高度傳感器、所述無線通訊接口和所述移動硬盤分別連接，在所述搜索系統(tǒng)啟動時，自動通過所述無線通訊接口向所述無人機(jī)飛行控制平臺發(fā)送數(shù)據(jù)請求，以接收所述無人機(jī)飛行控制平臺發(fā)送的各種地貌對應(yīng)的特征向量、高度差閾值、無線電高度權(quán)重和氣壓高度權(quán)重并存儲到所述移動硬盤，接收所述實時氣壓高度和所述實時無線電高度，在所述實時氣壓高度和所述實時無線電高度之差大于所述高度差閾值時，發(fā)出高度測量有誤信號，當(dāng)所述實時氣壓高度和所述實時無線電高度之差小于等于所述高度差閾值時，基于所述實時氣壓高度、所述實時無線電高度、所述無線電高度權(quán)重和所述氣壓高度權(quán)重計算實時高度，將所述實時高度和實時定位數(shù)據(jù)復(fù)合到所述機(jī)身下方圖像的縮略圖上以獲得復(fù)合圖像，將所述復(fù)合圖像發(fā)送給所述無線通訊接口，所述主控設(shè)備還根據(jù)所述實時定位數(shù)據(jù)、所述實時高度和所述機(jī)身下方圖像中的著陸區(qū)域確定所述著陸區(qū)域?qū)?yīng)的著陸位置的信息，并將所述著陸位置的信息發(fā)送給無人機(jī)驅(qū)動設(shè)備以驅(qū)動所述無人機(jī)在所述著陸位置處著陸，所述著陸位置的信息包括所述著陸位置長度、所述著陸位置寬度以及所述著陸位置的北斗星定位數(shù)據(jù)；其中，每一種地貌對應(yīng)的特征向量的獲得過程如下:對每一種地貌的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行Contourlet變換，獲得九個子圖，所述九個子圖包括一個低頻子圖和八個高頻子圖，對所述九個子圖的每一個子圖提取Hu的七個不變矩，以獲得六十三個不變矩，將所述六十三個不變矩進(jìn)行排列以組成向量形式，獲得每一種地貌對應(yīng)的特征向量。
[0009]更具體地，在所述基于圖像處理的無人機(jī)著陸位置搜索系統(tǒng)中，所述航拍攝像設(shè)備的成像電子單元為CMOS視覺傳感器，所述航拍攝像設(shè)備的濾鏡為紫外線濾光鏡。
[0010]更具體地，在所述基于圖像處理的無人機(jī)著陸位置搜索系統(tǒng)中，將所述圖像預(yù)處理子設(shè)備、所述圖像分割子設(shè)備和所述圖像搜索子設(shè)備集成在一塊集成電路板上。
[0011]更具體地，在所述基于圖像處理的無人機(jī)著陸位置搜索系統(tǒng)中，所述無線電高度傳感器和所述氣壓高度傳感器在接收到所述高度測量有誤信號時，啟動各自的自檢操作。
【附圖說明】
[0012]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方案進(jìn)行描述，其中:
[0013]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方案示出的基于圖像處理的無人機(jī)著陸位置搜索系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖。
【具體實施方式】
[0014]下面將參照附圖對本發(fā)明的基于圖像處理的無人機(jī)著陸位置搜索系統(tǒng)的實施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
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