一种飞行器航向跟踪方法

摘要

本发明公开了一种飞行器航向跟踪方法。该方法利用飞行器头部向前安装的摄像头采集图像序列，通过特征匹配，获取初始航向在当前视野中的位置。其实现的步骤包括：先对航向图像进行主特征区域分析，对分析后的区域利用改进的SIFT算法进行特征点匹配；用仿射变换模型描述匹配点对的坐标关系，利用最小二乘法估计模型参数，进而求得初始航向在当前帧中的位置。在飞行器向前飞行过程中，为保证航向不因视野内景物的扩充而丢失，本发明提出了航向更新方法。当飞行器突然发生剧烈运动，而导致航向离开视野时，本发明还提出了相应的异常处理机制。本发明利用信息熵进行主特征区域分析，并对原SIFT算法进行改进，使得计算量大幅减少，保证了航向匹配的实时性要求；同时，考虑了航向更新和异常处理机制，具有很好的鲁棒性。

主权项

1、一种飞行器航向跟踪的方法，其特征在于，实现方法如下：步骤1：初始帧，设置航向位置坐标，保存初始帧为航向图像；设异常标志位flag＝0，flag取0表示正常状态，取1表示异常状态；步骤2：读入第i帧图像为当前待处理图像；如果flag值为0，转入步骤3，否则，转入步骤4；步骤3：正常情况下的航向跟踪处理：1)将航向图像与待处理图像进行主特征区域分析，对分析后的小区域进行特征匹配，得到Nmatch对匹配点对，共计算了Narea个小区域；2)如果Nmatch/Narea＞Tu，表明匹配成功，原航向与当前帧航向差别不大，不需更新航向，转入步骤3)；否则，判断是否出现异常，判断方法为：第i-1帧是否是新更新的航向，如果是，转入步骤5)；否则，转入步骤4)；其中，Tu是更新阈值，根据实际图像的大小设置，取Tu为10～20；3)利用匹配的特征点对，计算航向图像与当前帧图像的仿射变换模型参数，进而求得航向在当前帧的位置；仿射变换模型为：$\left[\begin{array}{c}{x}_2\\ y_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{a}_1& a_2\\ a_3& a_4\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\end{array}\right]其中，(x1，y1)为航向图像中某点的坐标，(x2，y2)为(x1，y1)在当前帧图像中对应点的坐标，a1，a2，a3，a4描述了图像的缩放和旋转运动，b1，b2描述了图像的平移运动；利用最小二乘法，估计参数a1，a2，a3，a4，b1，b2，将原始航向坐标代入仿射变换模型关系式，求得航向在当前帧的位置，令i＝i+1，转入步骤2；4)更新航向，保存第i-1帧航向为新的航向位置，第i-1帧图像为航向图像，令i＝i+1，转入步骤2；5)出现异常，进行异常处理：置flag＝1，保存原航向图像，保存第i帧图像为临时航向图像，取第i帧图像中心位置为临时航向位置，令i＝i+1，转入步骤2；步骤4：异常情况下的航向跟踪处理：1)将航向图像与待处理图像进行主特征区域分析，对分析后的小区域进行特征匹配，得到Nm1对匹配点对，共计算了Na1个小区域，如果Nm1/Na1＞Tu，转步骤2)；否则，转步骤3)；2)利用匹配的特征点对，计算航向图像与当前帧图像的仿射变换模型参数；将原始航向坐标代入仿射变换模型关系式，求得航向在当前帧的位置，航向重新回归视野，回到正常状态，置flag＝0，令i＝i+1，转入步骤2；3)将临时航向图像与待处理图像进行主特征区域分析，对分析后的小区域进行特征匹配，得到Nm2对匹配点对，共计算了Na2个小区域，如果Nm2/Na2＞Tu，转步骤4)；否则，重新取第i帧图像中心位置为临时航向，保存第i帧图像为临时航向图像，令i＝i+1，转入步骤2；4)利用匹配的特征点对，计算临时航向图像与当前帧图像的仿射变换模型参数；将临时航向坐标代入仿射变换模型关系式，求得临时航向在当前帧的位置，令i＝i+1，转入步骤2。$