CN111610578A - 一种无人机载双目标板的能见度探测方法 - Google Patents

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王敏
周树道
杨忠
郑崇伟
黎鑫
叶松
洪梅
王辉赞
贾赟
张阳春
宋海润
李庆辉
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Abstract

本发明公开一种无人机载双目标板的能见度探测方法，该方法利用无人机搭载数码相机构成无人机载图像采集单元，利用无人机搭载目标板构成无人机载目标板单元；无人机载图像采集单元和两个无人机载目标板单元飞在空中同一高度，数码相机实时摄取两个目标板的图像，计算图像上每个目标板上黑白两部分的平均灰度值，代入能见度测量模型进而得到该垂直高度上的大气水平能见度值。该方法避免了原固定于地基上的目标物受障碍物和背景天空亮度影响的问题，能够解决大气能见度不均匀时现有仪器测量值不能代表当地实际状况的问题，可利用无人机的机动灵活性和悬停操作方式，对不同垂直高度、不同水平方位、动态变化的能见度天气进行高精度实时测量。

Description

一种无人机载双目标板的能见度探测方法
技术领域
本发明属于气象和电子领域，特别涉及一种适用于空中无人机载双目标板的能见度探测方法。
背景技术
大气能见度是重要的天气气象观测要素，严重制约着航空、航海、路上交通以及军事活动。目前，常用的大气能见度测量仪器主要是基于散射和透射技术体制的探测仪。随着成像和数据处理等技术的快速发展，数字摄像法由于成本低、操作简单、对场地要求低等优点，也被广泛应用于能见度的监测研究中。但现有的大多数数字摄像监测能见度技术是基于亮度对比法于地基上固定高度、固定方向上对单目标和背景天空进行图像摄取，通过目标物和天空背景的亮度在图像上的灰度比来计算能见度值。这种测量方法中背景物干扰严重、适用范围较窄，天空云层分布不均、地面存在反射、相机视线方向上有反射体等都会对影响着天空背景亮度的准确提取，进而影响能见度的探测精度，因此，需要研究能提高背景天空亮度测量精度的能见度探测方法，或是提出新的不受天空背景亮度影响的能见度探测方法，以冀提高数字摄像法进行能见度探测的精度。
发明内容
发明目的：针对上述技术问题，本发明提出一种适用于空中无人机载双目标板的能见度探测方法，能够提高能见度测量的精度。
发明内容：为了达成上述目的，本发明提出以下技术方案：
一种无人机载双目标板的能见度探测方法，包括步骤：
(1)设置无人机载图像采集单元、无人机载目标板单元；无人机载图像采集单元为一个或多个，每个无人机载图像采集单元配置两个无人机载目标板单元；所述无人机载图像采集单元由无人机搭载数码相机构成，所述无人机载目标板单元由无人机搭载目标板构成，所述两个无人机载目标板单元所搭载的目标板完全相同，目标板板面上分布黑白图案；
(2)控制无人机载图像采集单元及其相应的两个无人机载目标板单元升至同一高度，控制两个无人机载目标板单元在水平面上错开一定角度，并与无人机载图像采集单元之间在水平方向上相距不同的基线距离；调整无人机载图像采集单元的相机视线朝向两个目标板，并使得拍摄到的图像中能同时包含两个目标板且目标板图像不存在重叠；
(3)控制无人机载图像采集单元拍摄同时包含两个目标板的彩色图像，并将彩色图像灰度化；
(4)对灰度图像进行目标识别处理，分离出两个目标板图像，记距离无人机载图像采集单元近的为前板图像，距离无人机载图像采集单元远的为后板图像；
(5)计算前板图像黑色和白色部分对应的灰度均值fw1、fb1，以及计算后板图像黑色和白色部分对应的灰度均值fw2、fb2，其中，下标b表示目标板黑色部分，下标w表示目标板白色部分；
(6)利用无人机自带的测距传感器测得前板、后板分别与相机之间的距离d1和d2；
(7)计算能见度：
Figure BDA0002518507730000021
进一步的，所述目标板为半黑半百目标板，及目标板的板面面积均分为两半，一半为黑色，一半为白色。
进一步的，所述无人机为微型多旋翼式无人机。
有益效果：本发明所述一种无人机载双目标板的能见度探测方法与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明通过无人机搭载数码相机拍摄无人机载目标板图像，利用改进的能见度测量模型，避免了背景障碍物对目标板的影响以及天空背景不均匀对能见度测量误差的影响，从而实现高精度的能见度探测，能够解决大气能见度不均匀时现有仪器测量值不能代表当地实际状况的问题。不仅可以对同一高度上的大气水平能见度实施准确测量，还可以实现对不同高度上大气水平能见度的多方位精细化测量，以满足不同的应用需求。
附图说明
图1是本发明的无人机载双目标板能见度探测方法流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本实施例中设置无人机载图像采集单元、无人机载目标板单元和地面数据处理终端单元；无人机载图像采集单元为一个或多个，每个无人机载图像采集单元配置两个无人机载目标板单元；所述无人机载图像采集单元由微型多旋翼式无人机搭载数码相机构成，对目标方向区域图像进行实时摄取，并将获取的图像经无线传输至地面据处理终端单元；所述的无人机载目标板单元由微型多旋翼无人机搭载相应的目标黑体板组成，与相机保持同一垂直高度，水平方向上相距一定的基线长度；所述的地面数据处理终端单元接收图像和无人机飞行状态等信息，通过无人机上的高度传感器和测距传感器，控制两架无人机处于相同高度，并对获取的实时图像进行处理得到水平大气能见度。
本实施例实现了无人机载双目标板自适应能见度探测方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：
1)控制无人机载图像采集单元及其相应的两个无人机载目标板单元升至同一高度，控制两个无人机载目标板单元在水平面上错开一定角度(此处选取0.5-5度)，并与无人机载图像采集单元之间在水平方向上相距不同的基线距离；调整无人机载图像采集单元的相机视线朝向两个目标板，并使得拍摄到的图像中能同时包含两个目标板且目标板图像不存在重叠；
2)控制无人机载图像采集单元拍摄同时包含两个目标板的彩色图像，并将彩色图像灰度化；
3)对灰度图像进行目标识别处理，分离出两个目标板图像，记距离无人机载图像采集单元近的为前板图像，距离无人机载图像采集单元远的为后板图像；
4)计算前板图像黑色和白色部分对应的灰度均值fw1、fb1，以及计算后板图像黑色和白色部分对应的灰度均值fw2、fb2，其中，下标b表示目标板黑色部分，下标w表示目标板白色部分；
5)利用无人机自带的测距传感器测得前板、后板分别与相机之间的距离d1和d2；
6)计算能见度：
Figure BDA0002518507730000031
采用本发明所述技术方案至少能获得以下技术效果：
本发明在空中某一垂直高度上对某个方向的能见度进行测量，有效减少地基背景对目标物提取以及天空背景不均匀对天空背景亮度测量精度的影响，还可通过无人机的机动灵活性以及悬停操作对不同水平方向的能见度进行测量，可以获得多方位、精细化的能见度结果，为航空、航天、陆上交运以及军事作战等都有重要的保障作用，具有广阔的市场应用前景与经济价值。
上述实施例，是实施方式的可能示例，并且仅仅为了清楚理解本发明的原理而提出。在基本上不脱离本发明描述的技术的精神和原理的情况下，可以对上述实施例做出许多变化和修改，这些变化和修改也应视为本发明的保护范围。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种无人机载双目标板的能见度探测方法，其特征在于，包括步骤：
(1)设置无人机载图像采集单元、无人机载目标板单元；无人机载图像采集单元为一个或多个，每个无人机载图像采集单元配置两个无人机载目标板单元；所述无人机载图像采集单元由无人机搭载数码相机构成，所述无人机载目标板单元由无人机搭载目标板构成，所述两个无人机载目标板单元所搭载的目标板完全相同，目标板板面上分布黑白图案；
(2)控制无人机载图像采集单元及其相应的两个无人机载目标板单元升至同一高度，控制两个无人机载目标板单元在水平面上错开一定角度，并与无人机载图像采集单元之间在水平方向上相距不同的基线距离；调整无人机载图像采集单元的相机视线朝向两个目标板，并使得拍摄到的图像中能同时包含两个目标板且目标板图像不存在重叠；
(3)控制无人机载图像采集单元拍摄同时包含两个目标板的彩色图像，并将彩色图像灰度化；
(4)对灰度图像进行目标识别处理，分离出两个目标板图像，记距离无人机载图像采集单元近的为前板图像，距离无人机载图像采集单元远的为后板图像；
(5)计算前板图像黑色和白色部分对应的灰度均值fw1、fb1，以及计算后板图像黑色和白色部分对应的灰度均值fw2、fb2，其中，下标b表示目标板黑色部分，下标w表示目标板白色部分；
(6)利用无人机自带的测距传感器测得前板、后板分别与相机之间的距离d1和d2；
(7)计算能见度：
Figure FDA0002518507720000011
2.根据权利要求1所述的一种无人机载双目标板的能见度探测方法，其特征在于，所述目标板为半黑半百目标板，及目标板的板面面积均分为两半，一半为黑色，一半为白色。
3.根据权利要求1所述的一种无人机载双目标板的能见度探测方法，其特征在于，所述无人机为微型多旋翼式无人机。
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