无人机视觉导航研究综述_吴显亮第22卷增刊1系统仿真学报?Vol.22Suppl.12022年2月JournalofSystemSimulationFeb.,2022无人机视觉导航研究综述吴显亮,石宗英,钟宜生（清华信息科学与技术国家实验室，清华大学自动化系，北京101084）摘要：对无人机视觉导航的现有算法从视觉处理和状态估计与数据融合两大方面作了分类总结，重点讨论了无人机获取图像的特征提取、视觉传感器同其他传感器的数据融合、以及实时得到状态估计的各种方法，同时，也涉及了未知环境下地图的建立，最后指出了无人机视觉导航在实际应用中面临的主要问题。关键词：无人机；视觉导航；特征提取；数据融合中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1014-731X(2022)S1-0062-04AnOverviewofVision-BasedUAVNavigationWUXian-liang，SHIZong-ying，ZHONGYi-sheng(TsinghuaNationalLaboratoryforInformationScienceandTechnology,DepartmentofAutomation,TsinghuaUniversity,Beijing101084,China)Abstract：Inthispaper,someexistingalgorithmsconcerningvision-basedUAVnavigationwereclassifiedandsummarizedfromtwoaspects,visionprocessingandstatesestimationcompaniedwithdatafusion.FeatureextractionfrompicturesobtainedbyUAV,fusingcamerawithothersensorsandmanykindsofmethodstoobtainstatesestimationinrealtimeweremainlydiscussed.Meanwhile,mappingtheenvironmentwasalsoinvolvedespeciallyinunknownenvironment.Atlast,themainproblemsinpracticeassociatedwithvision-basedUAVnavigationwerepresent.Keywords：UAV;vision-basednavigation;featureextraction;datafusion引言无人机（UnmannedAerialVehicles,UAV）的研究在最近几年有了很大的进展，应用领域也越来越广。在军用方面，由于无人机具有预警时间短、隐蔽性好、侦察能力强、巡航时间长、成本低、作战损失小等特点，可以广泛用于侦察、攻击、电子对抗等军事任务，也可用于靶机实验；在民用方面，可用于通信中继、气象探测、灾害监测、农药喷洒、地质勘测、地图测绘、交通管制、边境控制等诸多领域[1-2]。以往，无人机主要依靠惯性导航系统（InertialNavigationSystem,INS）和全球定位系统（GlobalPositionSystem,GPS）进行导航，然而，导航过程中惯性器件具有累积误差，对初始值过于敏感，而GPS并不是总是可获取的，并且即使是可以获取，其精度往往满足不了无人机导航的需要[3]。图像处理技术以及摄像机硬件的发展使得计算机视觉技术可以引入到无人机的导航问题中来。首先，依靠视觉所提供的实时信息可以与惯性导航和GPS信息进行融合，弥补后两者的缺陷，提高导航精度[4]。其次，摄像机更善于捕捉运动信息，传统的传感器则较吃力，从应用的角度来看，视觉信号的抗干扰性能很好，而无线电和GPS信号易受阻塞[5]。最后，摄像机属于被动传感器，利用的是可见光或者收稿日期：2022-06-17修回日期：2022-09-21基金项目：国家自然科学基金（60732064）作者简介：吴显亮(11014-),男,吉林省白山市,硕士生，研究方向为基于视觉的无人直升机导航与控制；石宗英(1969-),女,重庆市,博士，副教授，研究方向为移动机器人同时建图与定位、基于视觉的无人直升机导航与控制。红外线这种自然信息，这在军事隐蔽侦查上尤为重要[6]。然而在应用视觉技术时，摄像机获得的初始信息以图像的形式存在，伴随大量的冗余信息，需要采用图像处理技术来提取有效信息，这就带来了算法实时性问题[7]。同时，视觉导航依靠参照物，只能获得相对运动状态信息，因而，由于单个UAV高空飞行过程中难于寻找合适的固定参照物，应用较少。不过，在单个UAV起飞和降落过程中，固定视觉参照物很好获取，基于视觉导航的UAV降落问题已经有了很多的探讨[11-12]。而在飞行过程中，往往需要动态的特征目标，例如地面上的车辆或编队飞行中邻近的UAV[5,13-15]。本文主要总结了该领域近几年的相关工作，第一部分侧重于视觉导航中图像处理、分析与理解问题，第二部分则把侧重点放在数据融合和状态估计上，最后给出总结。1导航中的视觉处理在UAV视觉导航中,计算机视觉处理技术用于从图像中获取导航...