Lokalizace bezpilotní helikoptéry analýzou optického toku v obraze

Abstract

Existuje mnoho technik navigace bezpilotních letadel v prostředích bez dostupnosti GPS. Kalkulace optického toku na palubě pomocí jedné kamery poskytuje uživateli rychle nasaditelné a spolehlivé řešení. Cílem této práce bylo vytvořit náhradu pro populární senzor PX4FLOW Smart Camera, který je zatížen mnoha nevýhodami, a integrovat vzniklé řešení na UAV platformu. Použili jsme fázovou korelaci pro odhad optického toku, pro následné zpracování byla použita metoda inspirována algoritmem RANSAC. Řešení bylo otestováno na datech z reálného světa a porovnáno se senzorem PX4FLOW. Byli jsme schopni poskytnout výrazně větší přesnost a spolehlivost měření horizontální rychlosti v rámci našich testů. Dále byla také vytvořena a otestována metoda pro určení vertikální rychlosti a rychlosti rotace, která používá odhadnutý optický tok z více částí obrazu. Testy na datech z reálného světa ukázaly, že přesnost měření rotace je dostatečná pro praktické použití. To umožňuje, aby metoda byla nasazena i v prostředí, kde není možné používat kompas např. v železobetonových budovách.

Navigation of Unmanned Aerial Vehicles in GPS-denied environments can be done with multiple techniques. On-board optical flow calculation using single camera gives the user fast-deployable and reliable solution. The goal of this work was to create a replacement for popular PX4FLOW Smart Camera, which is burdened by many drawbacks, and to integrate the solution onto a UAV platform. We used Phase correlation for optical flow estimation and a RANSAC-inspired post-processing method. The solution was tested on real-world datasets and compared with PX4FLOW sensor. We were able to provide significantly higher accuracy and reliability of horizontal speed measurement in our tests. Moreover, a method for yaw rate and vertical velocity measurement using optical flow in different parts of the image was designed and tested. Tests on real-world datasets showed that the accuracy of the yaw rate estimation method was good enough for practical applications. This makes the method open for usage in magnetometer-denied environments such as reinforced concrete buildings.