基于直线匹配的农用无人机视觉导航算法

摘要

视觉导航算法不需要发送和接收信号，也不需要建立地面基站，并且不必担心所使用地区周围有遮挡物影响其导航精度，是适用于农用无人机中较为可靠的导航方法。本文基于农田中因作物分垄形成的纹理丰富，田间道路明显，可以利用这些纹理提取出直线的特点，提出基于直线匹配的农用无人机自主视觉导航。具体内容如下:
　　首先，使用直线提取算法，将相机拍摄图片中的纹理边缘提取出来;再将提取到的纹理边缘拟合成直线;利用尺度不变特征点描述符的匹配思想，对提取出的直线进行局部特征的描述，并利用最近邻距离比率的方法进行匹配。建立坐标系，提供了精确的数学模型。
　　其次，为了满足在不同地域使用的农用无人机需要，文章中分别提出基于平面直线的农用无人机导航算法以及基于空间直线的农用无人机导航算法。利用匹配得到的地面直线与图像平面上投影直线间的几何关系，建立约束方程。解约束方程时，本文使用最小二乘法和奇异值分解对方程求解;为了减少噪声的干扰，提高计算的精度，需要利用直线上的点，对求出的旋转矩阵及平移向量进行二次校正，最终得到农用无人机准确的位置、姿态;使用3σ准则剔除出现的粗大误差。通过仿真实验分析了两种算法的优缺点，验证本算法精确度高、鲁棒性好、实时性好等优点。
　　然后，在地面直线向量未知的情况下，本文提出基于直线的农用无人机相对导航算法。本算法对前后三次拍摄图像中的直线提取，并将三幅图中相对应的直线进行匹配，利用同一直线在不同像平面中的几何关系，建立约束方程。通过仿真实验对相对导航的精确性及鲁棒性进行分析，验证了本算法的可行性。
　　最后，对农用无人机绝对导航算法以及相对导航算法的研究进行总结，并提出了自己的展望。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究进展

1．3 本文主要内容

第二章 直线匹配与坐标系建立

2．1 直线提取匹配

2．2 坐标系建立

2．3 透视投影模型

2．4 小结

第三章 基于直线匹配的绝对导航算法

3．1 算法分析及求取

3．1．1 约束方程建立

3．1．2 约束方程求解

3．2 位姿参数确定

3．2．1 候选解校正

3．2．2 最优解选取

3．3 仿真分析

3．4 小结

第四章 基于直线匹配的相对导航算法

4．1 三视图几何关系

4．2 相对位姿参数求解

4．3 仿真分析

4．4 小结

总结与展望

参考文献

致谢

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