Verfahren zur autonomen bildgestützten Navigation

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1 Verfahren zur autonomen bildgestützten Navigation DGLR Workshop, Führungsaspekte unbemannter Luftfahrzeuge: Technologien und die Einbeziehung des Operateurs N. Schweyer, MBDA LFK-Lenkflugkörpersysteme GmbH KOM-0253

2 Verfahren zur autonomen bildgestützten Navigation Inhalt Übersicht Navigation über Landmarken Navigation über Bestimmung der Eigenbewegung Beschreibung einer Realisierung Missionsplanung Verarbeitung Hardware Beispiele Ref.: - Page 2-14/02/2007

3 Übersicht Navigation mit Hilfe von Bildinformationen IP Techniken Erlauben die Erkennung Gelände Strukturen 3D Objekte * Geländeprofile * * durch 3D Rekonstruktion IP Techniken dafür: Modell-basierte Erkennung, Berechnung des Bildflusses, Bewegungsanalyse, 3D-Rekonstruktion liefern Information zur Navigation Ref.: - Page 3-14/02/2007

4 Überblick Prinzipien der Bildgestützten Navigation Erkennung von Landmarken Navigationsinformation aus der Analyse des Bildflusses/optischer Fluss Missionsplanung erforderlich, Erstellung v. Referenzmodellen, Liefert absolute Position (und Winkellage) keine Missionsplanung erforderlich, Geringe Anforderungen an das Gelände, funktioniert auch über Wasser Liefert relative Bewegung über Grund, Ref.: - Page 4-14/02/2007

5 Navigation über Landmarken A) Einzelne Landmarken in größeren Abständen: < 30 kb/mission B) Vektorkarte entlang des Flugpfades: Nutzung aller vorhandenen Strukturen: Kontinuierliche Navigation < 1 MB/Mission Ref.: - Page 5-14/02/2007

6 Navigation über Bestimmung der Eigenbewegung Bildfluss / optischer Fluss ein Bildpaar liefert 3D-Bewegungsvektor, eine Sequenz von Bildpaaren liefert den Flugpfad relativ zum Boden Diese Methode ist allgemein anwendbar auf beliebige, strukturierte Szenen, auch z.b. über Wasser Ref.: - Page 6-14/02/2007

7 Navigation über Bestimmung der Eigenbewegung Methoden Messung des Bildflusses Gradientenverfahren lokale Korrelation Spurbildung auffälliger Merkmale im Bild Ecken Linien Feature Points (SIFT, SURF) Berechnung der Bewegung Homographie Fundamentalmatrix Ref.: - Page 7-14/02/2007

8 Beschreibung einer Realisierung Image Based Navigation, IBN: eine Realisierung Erkennung der beschriebenen Struktur Vermessung im Bild Anwendung photogrammetrischer Methoden IBN geschätztes Referenzmodell Zugehörige Linien der Szene, Matching Ref.: - Page 8-14/02/2007

9 Beschreibung einer Realisierung Missionsplanung Laden in FK Datenquellen Landkarten Satellitenbilder DTED Aufgabe Planung des Flugpfades Erstellung von Referenzmodellen Ref.: - Page 9-14/02/2007

10 Beschreibung einer Realisierung Missionsplanung Kriterien für Landmarken: sichtbar, stabil, bekannt, eindeutig, Linien, Ecken Beispiele für Landmarken: - Straßen, Flüsse - Waldlichtungen, Waldkanten, Uferlinien - große Gebäude, Brücken, Türme - Kreuzungen von Straßen, Flüssen, Eisenbahnen -... Ref.: - Page 10-14/02/2007

11 Beschreibung einer Realisierung Verarbeitungsarchitektur für Image Based Navigation Image Processing Computer Kamera Bilder Extraktion Matching Kanten- Positions- Winkel- Berechng. Positions-, Winkelupdate NAVC 2-Achsen Plattform Transformiertes Modell Modell-Transform. Kardanwinkel Flugdaten Landmarken- / Zielmodelle Ref.: - Page 11-14/02/2007

12 Beschreibung einer Realisierung Erkennung und Vermessung der Landmarke im Bild Beispiel aus realem Einsatz transformiertes Modell, erwarteter Aspekt Erkannte Modellstrukturen Erwartete Modellstrukturen Aspekt im Einsatz (flach nach vorne schauend) Szenenlinien Ref.: - Page 12-14/02/2007

13 Beschreibung einer Realisierung Positions- / Winkel- Berechnung Matching Ergebnisse Beobachtungs. gleichungen least square Ausgleich Referenzmodell Lösung des Gleichungssystems (nichtlinear) Transform. Bildkoord./ Fluggerät Update Kamera- Koordinatensystem FK- Ref.: - Page 13-14/02/2007

14 Navigation über Landmarken, IBN Echtzeit- Hardware: Image Processing Computer, IPC Matching, Positions-/Winkel-Berechng. Kanten-, Linienverarbeitung Bilddarstellung, Overlays (nur für Testzwecke) Ref.: - Page 14-14/02/2007 Silicon disk (nur für Testzwecke)

15 Navigation über Landmarken, IBN Eigenschaften der IBN Berechnung der Position und Winkellage zur Navigationsstützung Robuste Erkennung von Landmarken Große Unabhängigkeit von Szenen- and Wetter-Bedingungen Flexibler Einsatz für unterschiedliche Missionsprofile Hohe Genauigkeit der Navigationsstützung Ref.: - Page 15-14/02/2007