基于光流的无人机室内定位技术研究
发布时间：2020-12-11 11:12
随着四旋翼无人机应用场景的不断拓展,如何在GPS信号不可靠情况下仍能准确定位是无人机技术未来发展的趋势。通过视觉传感器对环境感知进行定位凭借其系统成本低,体积小的特点逐渐成为室内环境下无人机精确定位的首选方案。光流是一种估计像素随时间在图像序列中位移计算方法,该算法能够有效的捕捉无人机位移偏差,这对GPS信号丢失或不足环境,如:室内、岩洞等场景,无人机稳定飞行至关重要。本文研究重点是基于光流的室内无人机定位算法研究,其主要内容如下:首先,简要介绍了光流的基础知识,包括光流模型建立约束条件以及光流法使用局限性等。在此基础上,进一步阐述了稀疏光流和稠密光流各自经典模型建立的基本条件,求解方法和局限性。除此之外还对传统无人机光流模块中使用的块匹配光流模型进行研究,包括其建立时用到的匹配准则和搜索方法。其次,针对室内无人机视觉定位过程中存在小幅度钟摆运动和特征点鲁棒性不强问题,这些问题会造成光流估计不准确。本文提出了一种基于改进前后向误差补偿金字塔LK光流算法,利用该算法对特征点进行跟踪。进一步,基于双向可逆约束思想,提出了构造新的目标函数更新光流估计偏移量,并通过静态实验对该算法性能进行了验...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
军用无人机
就对市场产生了巨大的影响，Phantom 系列无人机迅速成为世界上销量最大的消费级无人机，随着大疆在航拍无人机领域取得成功，大量资本和创业公司纷纷进入消费级无人机市场，但是迄今为止还没有一家公司能与大疆抗衡，图1.2为大疆的精灵(Phantom)系列和御(Mavic)系列无人机。四旋翼除了在航拍领域取得的成功，近几年四旋翼无人机在表演、救灾、勘测和植保等领域也得到了广泛应用，近几年，无人机集群表演屡次成为民众的热门话题，其数量多，同时配合灯光效果，不但在视觉感受上有很强的冲击力，还可以很好的起到宣传作用。救灾勘测植保等领域也是近几年多旋翼无人机重要发展方向。(a)Phantom 系列 (b)Mavic 系列图 1.2 大疆消费级无人机精灵和御系列多数场景中，无人机作业使用 INS/GPS 定位导航系统来对无人机进行位置姿态解算，一但出现 GPS 信号丢失或者 GPS 信号不强的情况，例如在室内、偏远地区或者一些密闭环境中，无人机则无法稳定飞行。因为人们大部分时间都是在室内度过，所以希望无人机能够完成一些室内工作来方便生活
中三维运动在成像平面上的效果。运动的本质其实就是变换主要通过像素强度变化来对运动图像进行定量分析、旋转以及其他复杂的几何变换参数。针对图像中运动很多有效办法，比如通过相邻帧之间运动参数的线搜索采用相位相关的运动参数估计方法等。本文主要利用光估计。取图像视频中运动信息的重要方法，光流的概念最早是光流可以理解为目标运动时，图像原本位置亮度会随之化估计出图像中物体运动的瞬时速度[4]，利用该速度信法可用于估计图像中目标运动信息。根据光流的概念可每个像素瞬时速度矢量的集合[5]，其中图像速度是由三。光流场不但包含了空间中目标的运动场，也包含目标过光流法计算相机采集的图像序列，根据得到的光流场
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于UWB定位系统硬件平台设计[J]. 刘琦,沈锋,王锐. 电子科技. 2019(10)
[2]基于光流的快速人体姿态估计[J]. 周文俊,郑新波,卿粼波,熊文诗,吴晓红. 计算机系统应用. 2018(12)
[3]基于ROS和激光雷达的室内移动机器人定位和导航系统设计与实现[J]. 寿佳鑫,张志明,苏永清,钟政. 机械与电子. 2018(11)
[4]UWB高精度室内定位系统及实现[J]. 李威,叶焱,谢晋雄,刘太君. 数据通信. 2018(05)
[5]基于UWB技术的煤矿井下无线定位系统[J]. 申伟光. 煤矿安全. 2018(10)
[6]室内定位方法和技术综述[J]. 张胜利,焦诚,付永恒. 数字技术与应用. 2018(10)
[7]基于动作捕捉的无人机运动状态识别[J]. 赵嶷飞,杨明泽. 科学技术与工程. 2018(27)
[8]室内定位技术的应用现状与发展趋势[J]. 毛科禹,陈桂兵. 现代测绘. 2018(05)
[9]结合双向光流约束的特征点匹配车辆跟踪方法[J]. 卢胜男,李小和. 交通运输系统工程与信息. 2017(04)
[10]基于改进LK光流的目标跟踪算法研究[J]. 张忠义. 信息技术. 2015(10)
博士论文
[1]基于视觉的自主车道路环境理解技术研究[D]. 杜明芳.北京理工大学 2015
[2]基于单目视觉的场景三维重建与飞行器位姿求解关键技术研究[D]. 杨述强.国防科学技术大学 2014
[3]基于视觉的微小型无人直升机位姿估计与目标跟踪研究[D]. 徐伟杰.浙江大学 2012
[4]基于相位信息的图像匹配技术及应用研究[D]. 王彩玲.南京理工大学 2012
[5]基于内容的视频应用中运动对象分割与运动估计技术的研究[D]. 李仁杰.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]超宽带融合光流的无人机室内定位技术研究[D]. 尤洪祥.辽宁大学 2018
[2]基于visual SLAM算法的四旋翼无人机室内定位研究[D]. 徐铎.哈尔滨工业大学 2017
[3]光流改进算法研究及其在四旋翼无人机中的应用[D]. 童姜况.浙江大学 2017
[4]多旋翼无人机组合导航技术研究[D]. 王辰熙.南京航空航天大学 2017
[5]基于四旋翼平台的融合单目视觉与惯性传感的里程计方法研究[D]. 叶波.浙江大学 2017
[6]视觉室内定位中图像特征点匹配算法研究[D]. 万柯.哈尔滨工业大学 2016
[7]多旋翼无人机光流/惯性组合导航技术研究[D]. 邓一民.南京航空航天大学 2016
[8]室内环境下基于SLAM的四旋翼无人机定位与控制[D]. 魏青铜.南京航空航天大学 2016
[9]物联网环境下的移动机器人定位与控制[D]. 许坤.南京航空航天大学 2016
[10]室内环境下四旋翼无人机飞行控制技术研究[D]. 王洪林.南京航空航天大学 2016
本文编号：2910430
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
军用无人机
就对市场产生了巨大的影响，Phantom 系列无人机迅速成为世界上销量最大的消费级无人机，随着大疆在航拍无人机领域取得成功，大量资本和创业公司纷纷进入消费级无人机市场，但是迄今为止还没有一家公司能与大疆抗衡，图1.2为大疆的精灵(Phantom)系列和御(Mavic)系列无人机。四旋翼除了在航拍领域取得的成功，近几年四旋翼无人机在表演、救灾、勘测和植保等领域也得到了广泛应用，近几年，无人机集群表演屡次成为民众的热门话题，其数量多，同时配合灯光效果，不但在视觉感受上有很强的冲击力，还可以很好的起到宣传作用。救灾勘测植保等领域也是近几年多旋翼无人机重要发展方向。(a)Phantom 系列 (b)Mavic 系列图 1.2 大疆消费级无人机精灵和御系列多数场景中，无人机作业使用 INS/GPS 定位导航系统来对无人机进行位置姿态解算，一但出现 GPS 信号丢失或者 GPS 信号不强的情况，例如在室内、偏远地区或者一些密闭环境中，无人机则无法稳定飞行。因为人们大部分时间都是在室内度过，所以希望无人机能够完成一些室内工作来方便生活
中三维运动在成像平面上的效果。运动的本质其实就是变换主要通过像素强度变化来对运动图像进行定量分析、旋转以及其他复杂的几何变换参数。针对图像中运动很多有效办法，比如通过相邻帧之间运动参数的线搜索采用相位相关的运动参数估计方法等。本文主要利用光估计。取图像视频中运动信息的重要方法，光流的概念最早是光流可以理解为目标运动时，图像原本位置亮度会随之化估计出图像中物体运动的瞬时速度[4]，利用该速度信法可用于估计图像中目标运动信息。根据光流的概念可每个像素瞬时速度矢量的集合[5]，其中图像速度是由三。光流场不但包含了空间中目标的运动场，也包含目标过光流法计算相机采集的图像序列，根据得到的光流场
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于UWB定位系统硬件平台设计[J]. 刘琦,沈锋,王锐. 电子科技. 2019(10)
[2]基于光流的快速人体姿态估计[J]. 周文俊,郑新波,卿粼波,熊文诗,吴晓红. 计算机系统应用. 2018(12)
[3]基于ROS和激光雷达的室内移动机器人定位和导航系统设计与实现[J]. 寿佳鑫,张志明,苏永清,钟政. 机械与电子. 2018(11)
[4]UWB高精度室内定位系统及实现[J]. 李威,叶焱,谢晋雄,刘太君. 数据通信. 2018(05)
[5]基于UWB技术的煤矿井下无线定位系统[J]. 申伟光. 煤矿安全. 2018(10)
[6]室内定位方法和技术综述[J]. 张胜利,焦诚,付永恒. 数字技术与应用. 2018(10)
[7]基于动作捕捉的无人机运动状态识别[J]. 赵嶷飞,杨明泽. 科学技术与工程. 2018(27)
[8]室内定位技术的应用现状与发展趋势[J]. 毛科禹,陈桂兵. 现代测绘. 2018(05)
[9]结合双向光流约束的特征点匹配车辆跟踪方法[J]. 卢胜男,李小和. 交通运输系统工程与信息. 2017(04)
[10]基于改进LK光流的目标跟踪算法研究[J]. 张忠义. 信息技术. 2015(10)
博士论文
[1]基于视觉的自主车道路环境理解技术研究[D]. 杜明芳.北京理工大学 2015
[2]基于单目视觉的场景三维重建与飞行器位姿求解关键技术研究[D]. 杨述强.国防科学技术大学 2014
[3]基于视觉的微小型无人直升机位姿估计与目标跟踪研究[D]. 徐伟杰.浙江大学 2012
[4]基于相位信息的图像匹配技术及应用研究[D]. 王彩玲.南京理工大学 2012
[5]基于内容的视频应用中运动对象分割与运动估计技术的研究[D]. 李仁杰.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]超宽带融合光流的无人机室内定位技术研究[D]. 尤洪祥.辽宁大学 2018
[2]基于visual SLAM算法的四旋翼无人机室内定位研究[D]. 徐铎.哈尔滨工业大学 2017
[3]光流改进算法研究及其在四旋翼无人机中的应用[D]. 童姜况.浙江大学 2017
[4]多旋翼无人机组合导航技术研究[D]. 王辰熙.南京航空航天大学 2017
[5]基于四旋翼平台的融合单目视觉与惯性传感的里程计方法研究[D]. 叶波.浙江大学 2017
[6]视觉室内定位中图像特征点匹配算法研究[D]. 万柯.哈尔滨工业大学 2016
[7]多旋翼无人机光流/惯性组合导航技术研究[D]. 邓一民.南京航空航天大学 2016
[8]室内环境下基于SLAM的四旋翼无人机定位与控制[D]. 魏青铜.南京航空航天大学 2016
[9]物联网环境下的移动机器人定位与控制[D]. 许坤.南京航空航天大学 2016
[10]室内环境下四旋翼无人机飞行控制技术研究[D]. 王洪林.南京航空航天大学 2016
本文编号：2910430
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