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题名

垂直起降无人机视觉助降技术研究

其他题名
RESEARCHON VISUAL ASSISTEDLANDING TECHNOLOGY OF VERTICAL TAKE-OFF AND LANDING UAV
姓名
姓名拼音
XIA Ke
学号
12032562
学位类型
硕士
学位专业
0856 材料与化工
学科门类/专业学位类别
0856 材料与化工
导师
韩松
导师单位
创新创业学院
论文答辩日期
2022-05-13
论文提交日期
2022-06-26
学位授予单位
南方科技大学
学位授予地点
深圳
摘要

小型垂直起降无人机在野外飞行时,着陆区选择的准确性是影响无人机安全的关键问题。受载荷能力的限制,小型无人机一般只能携带光学载荷。本文利用光学载荷获取的图像信息,开展基于视觉的安全着陆区检测技术研究,创新地提出了一种利用初分割与再评估辅助卷积神经网络分类的无人机安全着陆区检测方法,提升了分类效率和准确率。具体研究内容可以概括为以下几个方面:

本文以机载相机获得的图像数据为基础,使用Canny边缘检测实现图像粗分割。首先根据检测到的边缘点的数量筛选平整的着陆区,使用对数变换操作改善图像光照不均匀的现象,提高阴影区障碍物的识别率。然后对边缘检测结果使用形态学滤波操作,筛选出具有合适大小和形状的平整候选着陆区。

本文将候选的平整着陆区分为安全和危险两类,从传统特征方法和深度学习方法两方面展开地形分类技术研究:结合不同的颜色特征和纹理特征作为多维特征,训练不同的机器学习分类器,分类精度最高可达86.1%;设计了一种深度可分离卷积与Inception结构相结合的卷积神经网络,实现候选着陆区的分类。通过训练学习和分类测试,分类准确率最高可达99.0%,与传统特征方法相比,可进一步提高分类准确度。

采用卷积神经网络进行分类后,复杂水面区域仍存在被错误分类为安全区域的情况。针对此问题,本文提出了一种基于特征点提取技术的着陆区安全性再评估算法。基于水面纹理特征较少的特性,根据特征点的数量采用双阈值机制来区分安全着陆区和水面,实验证明该算法对于误分类的水面识别率达到了95.4%,能够有效降低无人机降落在水面的风险。

最后,本文对安全着陆区检测总体算法流程进行设计,并在无人机实飞拍摄的视频数据集上对整体算法的效果和鲁棒性进行了测试。飞行高度较高时,仅使用卷积神经网络来初步评估边缘检测粗分割得到的区域是否安全,分类准确率为96.5%;当飞机准备着陆进入低空飞行阶段时,使用安全性再评估算法之后使得安全着陆区的识别准确率从89.4%提升到95.5%,并且对于光照,天气和运动模糊等多种干扰因素具有一定鲁棒性。

关键词
语种
中文
培养类别
独立培养
入学年份
2020
学位授予年份
2022-06
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所在学位评定分委会
创新创业学院
国内图书分类号
TP751.1
来源库
人工提交
成果类型学位论文
条目标识符http://sustech.caswiz.com/handle/2SGJ60CL/342784
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夏珂. 垂直起降无人机视觉助降技术研究[D]. 深圳. 南方科技大学,2022.
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