摘要：视觉全自主着舰具有独立性强、系统结构简单以及测量信息丰富等优点,特别是非合作视觉着舰意义更为重大,但也对参考特征提取提出了更高的要求。为能够实现航母图像中参考定位非合作特征点的稳定、高精度匹配,本文提出一种基于线段检测子(Line segment detector,LSD)直线识别的结构性特征检测与匹配方法,实现对航母表面各种结构、标志角点的准确识别,可克服目前有向FAST与旋转BRIEF(Oriented FAST and rotated BRIEF,ORB)及加速鲁棒特征(Speeded up robust feature,SURF)等图像特征无法定位指定结构特征的问题,有效提高视觉定位精度。

摘要：舰载无人直升机自主着舰视觉导航在拍摄图像时,存在大尺度、角度畸变,使得合作目标角点难以检测,提出一种基于SIFT的分区双向匹配角点检测算法。设计了一种非对称彩色合作目标(由红色背板、绿色的H形和三角形组成),利用色彩信息对合作目标进行分割裁剪、识别,并分别对基准裁剪图和实拍裁剪图提取SIFT特征。为了提高SIFT特征匹配的实时性和准确性,提出了分区双向匹配策略。首先求取基准和实拍裁剪图中H形、小三角形重心以及H形上距离三角形重心最近的边缘点,以这三对匹配点求取基准图和实拍图间的粗略仿射模型。将基准裁剪图中的SIFT特征点经过该模型变换得到实拍裁剪图中的映射点,以每个映射点为圆心,以裁剪图宽度的1/4为半径将其分区,匹配时只选择每个映射点区域内的SIFT特征匹配点。同理,对基准裁剪图也进行分区处理。然后通过双向匹配及RANSAC算法剔除错误的匹配对,利用正确的匹配对完成基准图和实拍图仿射变换的精确模型。最后,将基准图中标定好的角点经过仿射变换获取实拍图中合作目标的角点位置。实验结果表明,该算法不仅精度高、鲁棒性强,而且具有较好的实时性。

摘要：针对舰载无人直升机着舰时拍摄的图像存在大尺度、角度畸变,使得合作目标角点难以检测的问题,提出了一种鲁棒角点精确检测算法。设计了一种彩色非对称合作目标,通过计算合作目标的最小周长多边形(minimum perimeter polygon,MPP)来获取轮廓上的角点。针对这些角点存在伪角点及未排序问题,给出了斜率约束、距离约束和方向约束策略。最后,针对亚像素Harris角点检测算法精度高但未排序、三重约束的MPP角点检测精度低但已排序的问题,制定了这两种角点检测方法的融合策略。实验结果表明,所提算法可以有效解决合作目标图像发生大角度畸变以及一定尺度畸变范围内的角点检测。

摘要：为抑制视觉测量与相对运动变化模型中的非线性成分,并针对传统纯视觉引导算法存在数据权重相同和基于同一时刻观测信息进行解算的问题,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的视觉着舰引导算法。首先,选择坐标系并搭建运动模型;然后,选择合适的状态估计向量并设计观测方程;最后,进行滤波方程的求解并采用仿真实验测试算法的性能。仿真结果表明此算法具有很好的定位精度,同时也对视觉计算中的特征点定位误差有一定抑制作用,具有广泛的应用前景。

摘要：考虑垂直起降无人机着舰问题的特殊性,提出了一种基于机载视觉的自主着舰方案。突破了传统2D光流测速的弊端,利用图像球面光流估计出目标舰船的三维速度矢量。为解决传统位置控制方案对着落轨迹精度控制不足的问题,利用Tau理论实时规划出一条满足着舰软着落约束条件的期望轨迹,最终以无人机三维飞行速度矢量作为控制量设计了轨迹跟踪控制器。基于Unity3D软件开发视景仿真环境,模拟不同海况条件,对所设计系统进行了半实物闭环仿真验证。与传统轨迹规划方案相比,所提方法无需复杂优化迭代计算,能同时满足着舰的实时性和精确性需求。

摘要：针对无人机视觉着舰相对导航合作目标检测易受环境干扰问题,提出了一种面向近红外合作目标的鲁棒检测与匹配算法。首先,搭建了由850nm的近红外合作目标以及带有850nm滤镜摄像头组成的成像系统;然后,设计了基于几何约束的方法剔除合作目标图像中的异形干扰点,再利用Hu矩排除其中的相似干扰点;最后,利用形状上下文匹配算法解决拍摄图像中合作目标可能存在尺度、角度畸变使得合作目标难以匹配问题。实验结果表明,所提出的方法可以在不同距离、不同光照、不同角度以及环境干扰下,实现合作目标鲁棒检测与匹配。

摘要：以无人直升机为被控对象,描述了其着舰/陆飞行引导控制的一般过程,并着力梳理分析了自主着舰所涉及的关键技术。首先,研究无人直升机建模、基于图像匹配的降落点目标识别、无人直升机视觉的位姿运动估计、着舰控制律设计、实时视觉系统软硬件设计;其次,分析和比较了目前视觉着舰的一些关键技术;最后,结合国内外视觉着舰研究现状,为今后视觉着舰流程提供研究方向。