基于圖像處理的無(wú)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(wú)人機(jī)著陸位置搜索系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)人機(jī)(unmanned aerial vehicle或drone)，是無(wú)人駕駛飛機(jī)的簡(jiǎn)稱，英文縮寫為“UAV”，是利用無(wú)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(wú)人直升機(jī)、無(wú)人固定翼機(jī)、無(wú)人多旋翼飛行器、無(wú)人飛艇、無(wú)人傘翼機(jī)等。
[0003]無(wú)人機(jī)是一種由無(wú)線電遙控設(shè)備或自身程序控制裝置操縱的無(wú)人駕駛飛行器。20世紀(jì)20年代最早出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)是作為訓(xùn)練用的靶機(jī)使用的。是一個(gè)許多國(guó)家用于描述最新一代無(wú)人駕駛飛機(jī)的術(shù)語(yǔ)。從字面上講，這個(gè)術(shù)語(yǔ)可以描述從風(fēng)箏，無(wú)線電遙控飛機(jī)，到V-1飛彈從發(fā)展來(lái)的巡航導(dǎo)彈，但是在軍方的術(shù)語(yǔ)中僅限于可重復(fù)使用的比空氣重的飛行器。
[0004]無(wú)人機(jī)用途廣泛，成本低，效費(fèi)比好；無(wú)人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)；生存能力強(qiáng)，機(jī)動(dòng)性能好，使用方便，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)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(chǎng)偵察和監(jiān)視、定位校射、毀傷評(píng)估、電子戰(zhàn)等；也可民用，如邊境巡邏、核輻射探測(cè)、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(wú)人機(jī)雖然應(yīng)用廣泛，但比起起飛階段，其降落是一個(gè)難題，尤其在尋找合適地貌的著陸點(diǎn)方面一直缺乏精確的合適地貌特征數(shù)據(jù)，無(wú)法對(duì)合適地貌的著陸點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位以方便無(wú)人機(jī)的降落。本發(fā)明搭建了一種基于圖像處理的無(wú)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(duì)地貌區(qū)域進(jìn)行定位，以及基于定位數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)無(wú)人機(jī)飛赴所述選擇的地貌區(qū)域，在提高無(wú)人機(jī)降落的安全性的同時(shí)，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(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于圖像處理的無(wú)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(wú)人機(jī)的機(jī)身下方圖像，通過(guò)無(wú)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(duì)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(wú)線電高度傳感器和氣壓高度傳感器的測(cè)量結(jié)果對(duì)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(wú)人機(jī)著陸位置搜索系統(tǒng)，所述搜索系統(tǒng)設(shè)置在無(wú)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(duì)無(wú)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(duì)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(duì)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(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備以驅(qū)動(dòng)所述無(wú)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(wú)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(wú)人機(jī)所在位置的實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)；無(wú)線電高度傳感器，包括無(wú)線電發(fā)射機(jī)、無(wú)線電接收機(jī)和AT89C51單片機(jī)，所述AT89C51單片機(jī)與所述無(wú)線電發(fā)射機(jī)和所述無(wú)線電接收機(jī)分別連接，所述無(wú)線電發(fā)射機(jī)向地面發(fā)射無(wú)線電波，所述無(wú)線電接收機(jī)接收地面反射的無(wú)線電波，所述AT89C51單片機(jī)根據(jù)所述無(wú)線電發(fā)射機(jī)的發(fā)射時(shí)間、所述無(wú)線電接收機(jī)的接收時(shí)間和無(wú)線電波傳播速度計(jì)算無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)無(wú)線電高度，所述無(wú)線電波傳播速度為光速；氣壓高度傳感器，用于根據(jù)無(wú)人機(jī)附近的氣壓變化，檢測(cè)無(wú)人機(jī)所在位置的實(shí)時(shí)氣壓高度；無(wú)線通訊接口，與遠(yuǎn)端的無(wú)人機(jī)飛行控制平臺(tái)建立雙向的無(wú)線通信鏈路，用于接收所述無(wú)人機(jī)飛行控制平臺(tái)發(fā)送的各種地貌對(duì)應(yīng)的特征向量、高度差閾值、無(wú)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(wú)人機(jī)飛行控制平臺(tái)；移動(dòng)硬盤，用于在所述主控設(shè)備的控制下，接收并存儲(chǔ)各種地貌對(duì)應(yīng)的特征向量、高度差閾值、無(wú)線電高度權(quán)重和氣壓高度權(quán)重，所述移動(dòng)硬盤還預(yù)先存儲(chǔ)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(jí)為索引，存儲(chǔ)了每一等級(jí)的圖像數(shù)據(jù)量對(duì)應(yīng)的圖像分割數(shù)量，圖像數(shù)據(jù)量等級(jí)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(duì)無(wú)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(dòng)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(duì)所述機(jī)身下方圖像依次進(jìn)行對(duì)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(dòng)硬盤分別連接，對(duì)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(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)量等級(jí)，以所述對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)量等級(jí)為索引，在所述圖像分割數(shù)量查找表查找對(duì)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(duì)所述濾波圖像進(jìn)行均分，以獲得多個(gè)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(dòng)硬盤分別連接，對(duì)每一個(gè)濾波細(xì)分圖像進(jìn)行Contourlet變換，獲得九個(gè)子圖，所述九個(gè)子圖包括一個(gè)低頻子圖和八個(gè)高頻子圖，對(duì)所述九個(gè)子圖的每一個(gè)子圖提取Hu的七個(gè)不變矩，以獲得六十三個(gè)不變矩，將所述六十三個(gè)不變矩進(jìn)行排列以組成向量形式，獲得每一個(gè)濾波細(xì)分圖像的特征向量，將每一個(gè)濾波細(xì)分圖像的特征向量與各種地貌對(duì)應(yīng)的特征向量進(jìn)行逐一匹配，以確定每一個(gè)濾波細(xì)分圖像對(duì)應(yīng)的地貌，在多個(gè)濾波細(xì)分圖像對(duì)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(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)濾波細(xì)分圖像在所述濾波圖像中的相對(duì)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(wú)線電高度傳感器、所述氣壓高度傳感器、所述無(wú)線通訊接口和所述移動(dòng)硬盤分別連接，在所述搜索系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)通過(guò)所述無(wú)線通訊接口向所述無(wú)人機(jī)飛行控制平臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，以接收所述無(wú)人機(jī)飛行控制平臺(tái)發(fā)送的各種地貌對(duì)應(yīng)的特征向量、高度差閾值、無(wú)線電高度權(quán)重和氣壓高度權(quán)重并存儲(chǔ)到所述移動(dòng)硬盤，接收所述實(shí)時(shí)氣壓高度和所述實(shí)時(shí)無(wú)線電高度，在所述實(shí)時(shí)氣壓高度和所述實(shí)時(shí)無(wú)線電高度之差大于所述高度差閾值時(shí)，發(fā)出高度測(cè)量有誤信號(hào)，當(dāng)所述實(shí)時(shí)氣壓高度和所述實(shí)時(shí)無(wú)線電高度之差小于等于所述高度差閾值時(shí)，基于所述實(shí)時(shí)氣壓高度、所述實(shí)時(shí)無(wú)線電高度、所述無(wú)線電高度權(quán)重和所述氣壓高度權(quán)重計(jì)算實(shí)時(shí)高度，將所述實(shí)時(shí)高度和實(shí)時(shí)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(wú)線通訊接口，所述主控設(shè)備還根據(jù)所述實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)、所述實(shí)時(shí)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(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備以驅(qū)動(dòng)所述無(wú)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(zhǎng)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(duì)應(yīng)的特征向量的獲得過(guò)程如下:對(duì)每一種地貌的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行Contourlet變換，獲得九個(gè)子圖，所述九個(gè)子圖包括一個(gè)低頻子圖和八個(gè)高頻子圖，對(duì)所述九個(gè)子圖的每一個(gè)子圖提取Hu的七個(gè)不變矩，以獲得六十三個(gè)不變矩，將所述六十三個(gè)不變矩進(jìn)行排列以組成向量形式，獲得每一種地貌對(duì)應(yīng)的特征向量。
[0009]更具體地，在所述基于圖像處理的無(wú)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(jué)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(wú)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(wú)人機(jī)著陸位置搜索系統(tǒng)中，所述無(wú)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(cè)量有誤信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)各自的自檢操作。
【附圖說(shuō)明】
[0012]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中:
[0013]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的基于圖像處理的無(wú)人機(jī)著陸位置搜索系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的基于圖像處理的無(wú)人機(jī)著陸位置搜索系統(tǒng)的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[00