第29卷第4期2009年08月弹箭与制导学报JournalofProjectiles,Rockets,MissilesandGuidanceVol.29No.4Aug2009基于边缘与区域特征的无人机图像地平线检测3李立春,桂阳,尚洋,王鲲鹏(国防科学技术大学航天与材料工程学院,长沙410073)摘要:针对基于视觉的无人机自动定姿中的地平线检测问题,分析了图像中地平线的边缘特征和区域特征,提出了基于单向边缘和灰度分布特征的地平线归属点识别准则和检测方法,利用改进的多模型输出RANSAC估计算法实现了边界点中候选地平线提取,最后利用地平线的识别准则完成了地平线的快速、可靠鲁棒性检测。实验结果证明了该算法的有效性。关键词:地平线检测;无人机;边缘;区域特征;随机采样一致性中图分类号:V279;TP391141文献标志码:AHorizonDetectionBasedonEdgeandRegionFeatureforImagesCapturedbyUAVLILichun,GUIYang,SHANGYang,WANGKunpeng(1CollegeofAerospaceandMaterialEngineering,NationalUniv.ofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:Aimattheproblemofhorizondetectioninthevision2basedautomaticdeterminationofUAV’sgesture,thei2dentificationruleanddetectionalgorithmofthehorizonareproposed.Theedgeandregionfeaturesofhorizonintheim2ageareanalyzedbasingonwhichtheone2dimensionedgedetectionmethodanddistributingrestrictionofgraylevelareintroducedtofindthepointsbelongtoahorizon.AnimprovedRANSACalgorithmispresentedtoprocessthecandidatepointsfortheextractingofhorizonline,whichisconfirmedusingidentificationruleofhorizon.Experimentresultshaveprovedthevalidationofthealgorithm.Keywords:horizondetection;unmannedaerialvehicle;edge;regionfeature;RANSAC0引言在基于视觉的无人机自动飞行控制中,通过成像的地平线分析对无人机姿态进行估计是一个有效的方法[1-2]。该方法的一个关键问题是图像中地平线的检测。由于地面场景的变化多样,光照、阴霾、多云等不同天气状况对天空图像的影响较大,使鲁棒性的地平线检测一直是个难题,也是一个研究热点。EttingerS.M.,NechybaM.C和高爱民等人提出了根据地平线两侧图像不同的色彩性质来检测地平线的方法[3-4],TerryC.和GregE.等人采用区域分割的方法检测地平线[5],这些基于区域特征的方法利用了天空区域成像的均一性,对多数情况的处理结果较好,但计算量较大,对于大区域干扰的抵抗力也不强。D.Dusha和W.Boles等人以及G.Bao等人采用了基于边缘和Hough变换的检测方法[6-7],这类方法在天地线是图像中的显著边缘的情况下可以取得理想结果,缺点是容易受到非地平线强边缘的干扰。目前的这些地平线检测算法在实时性和鲁棒性方面还存在一定不足。文中针对普通无人机包含地平线的成像,在分析天地线边缘和区域特征的基础上提出了一种根据边缘和区域特征的快速、鲁棒性的地平线检测方法。实验结果表明该方法计算量小,对光照、地面均一灰度区域、噪声等干扰的抵抗能力较强。1无人机成像的地平线特征分析在具有地平线的无人机图像中,地面场景复3收稿日期:2008-09-03作者简介:李立春(1978-),男,河北人,博士研究生,研究方向:基于图像的精密测量和运动测量。弹箭与制导学报第29卷杂多变,天空的光照强度随成像条件的不同差别也较大,如图1所示为一个典型的天空区域明暗分布不均,地面具有复杂场景的含地平线图像。在不同的图像中,地平线具有共性的典型特征可以总结为以下几点:图1典型的无人机地平线图像1)地平线大致是一条直线,该直线在图像中是显著的;2)被地平线分割的天空和地面两部分具有明显不同的表面性质,由于地平线的成像距离较远,靠近地平线的天空部分灰度分布比较均匀,而对于天空具有灰度变化的部分,则地平线到天空的灰度变化是线性的平滑过度,且变化范围较小;3)地平线两侧的地面与天空两个区域之间是一个阶跃型边缘。无论地平线一侧天空区域是灰度均一或者线性平滑变化的情况,天空与地面区域之间的阶跃型边缘始终存在。地平线两侧的两个区域之间存在明显的灰度跳变。假定像机的图像坐标的x轴和y轴分别平行于无人机体坐标系的水平轴和竖直轴。由于普通无人机的飞行滚转角较...
