● 摘要
近年来，对微小型飞行器的研究越来越受到人们的重视。其中，对微小型飞行器导航算法的研究是一项重要内容。由于体积、负载能力、功耗方面的限制，微小型飞行器无法应用以常规惯性器件为代表的传统导航系统，必须为其开发重量轻、集成度高、复用性好的新型导航与航姿系统。本文使用MAV飞行中获取的前视视频图像，从中提取出滚转角、航向和俯仰变化率等信息，用于姿态和航向的稳定。本文以视觉导航为研究对象，对其中的航姿、相对航向估计等关键问题进行了研究，获得了较现有方法更好的处理结果。论文的主要研究成果如下：1．对基于图像投影理论的地平线算法做出改进，提出一种自适应姿态角估计的改进算法。基于视觉的微小型飞行器的姿态估计通常采用地平线提取算法，获取横滚角和俯仰角。原算法通过提取投影曲线的最大值来确定地平线的位置；本论文从图像边缘提取、二值化、自适应性以及准则函数等方面对原算法作了大量的改进工作，使参数可实现自适应调节，算法的实用性得到显著提高，而计算量没有大量增加，算法的实时性满足要求，可达到甚至超过30帧/秒的处理速度，正确率达到99%以上。2．提出一种相对航向估计算法。本论文相对航向估计算法与地平线算法紧密结合，大量利用了地平线算法的中间数据，把对图像的匹配计算转化为对投影曲线的匹配计算，极大地减少了计算量，使得两个算法的总和处理速度也满足实时性要求。得出的相对航向曲线能够正确反映微小型飞行器的航向变化情况。另外，本算法具有显著的抗旋转性。3．搭建了系统研究验证软件平台。软件平台包括两个：1) 一个负责对图片进行处理，用来对算法作初步验证，更重要的是做分析和改进工作，采用VC++实现；2) 另一个负责对视频作处理，对算法作进一步的验证，包括实时性、正确率、对异常情况的处理等，采用VC++和OpenCV实现。软件平台的开发是成功的，有力的证明了算法的有效性。