Phương pháp cải thiện định vị bằng hình ảnh cho UAV trong môi trường ngoài đô thị
279 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.92.2023.130-136Từ khóa:
Visual localization; Unmanned aerial vehicles.Tóm tắt
Trong cả hoạt động quân sự và dân sự, vấn đề định vị của phương tiện bay không người lái (UAV) là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng. Đặc biệt, trong các môi trường tín hiệu GNSS không khả dụng, các phương pháp định vị dựa trên hình ảnh hứa hẹn cho hiệu quả tốt, tuy nhiên, các thuật toán đối sánh dựa trên học sâu có một số hạn chế dẫn đến không đáp ứng được độ chính xác theo yêu cầu. Vì vậy, trong bài báo này chúng tôi đề xuất các thuật toán cải tiến cho phương pháp đã sử dụng trước đó. Trong điều kiện thời tiết có ánh nắng mạnh, các vị trí trên mặt đất có thể bị bóng của các vật thể lớn che khuất, đặc biệt là ở môi trường ngoài đô thị, nên chúng tôi đề xuất áp dụng thuật toán loại bỏ bóng DC-ShadowNet để tiền xử lý ảnh chụp từ UAV. Thuật toán so khớp nâng cấp dựa trên mô hình ASpanFormer được sử dụng để tăng độ chính xác tại bước so khớp hình ảnh. Kết quả thử nghiệm cho thấy độ chính xác của phương pháp đề xuất có sự cải thiện so với tập dữ liệu của phương pháp trước, cũng như tập dữ liệu chuyến bay thực tế mà chúng tôi xây dựng. Ngoài ra, phương pháp của chúng tôi phù hợp cho các chuyến bay đường dài và rất phù hợp cho khu vực ngoài đô thị so với các phương pháp đo thị giác tiên tiến trước đây.
Tài liệu tham khảo
[1]. Qin, Tong et al. “VINS-Mono: A Robust and Versatile Monocular Visual-Inertial State Estimator.” IEEE Transactions on Robotics 34, 1004-1020, (2017). DOI: https://doi.org/10.1109/TRO.2018.2853729
[2]. Alsalam, Bilal Hazim Younus et al. “Autonomous UAV with vision-basedon-board decision making for remote sensing and precision agriculture.” IEEE Aerospace Conference, 1-12, (2017). DOI: https://doi.org/10.1109/AERO.2017.7943593
[3]. Nguyen, Thien-Minh et al. “VIRAL-Fusion: A Visual-Inertial-Ranging-Lidar Sensor Fusion Approach.” IEEE Transactions on Robotics 38, 958-977, (2020). DOI: https://doi.org/10.1109/TRO.2021.3094157
[4]. Psiaki, M.L., Humphreys, T.E. “GNSS Spoofing and Detection”. Proceedings of the IEEE, 104, 1258-1270, (2016). DOI: https://doi.org/10.1109/JPROC.2016.2526658
[5]. Shermeyer, Jacob et al. “SpaceNet 6: Multi-Sensor All Weather MappingDataset.” 2020 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and PatternRecognition Workshops (CVPRW), 768-777, (2020). DOI: https://doi.org/10.1109/CVPRW50498.2020.00106
[6]. Sarlin, Paul-Edouard et al. “SuperGlue: Learning Feature Matching WithGraph Neural Networks.” IEEE/CVF Conference on Computer Vi-sion and Pattern Recognition (CVPR), 4937-4946, (2019). DOI: https://doi.org/10.1109/CVPR42600.2020.00499
[7]. Chen, Hongkai et al. “ASpanFormer: Detector-Free Image Matching withAdaptive Span Transformer.” European Conference on Computer Vision, (2022). DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-19824-3_2
[8]. Yol, Aurelien et al. “Vision-based absolute localization for unmannedaerial vehicles.” IEEE/RSJ International Conference on IntelligentRobots and Systems, 3429-3434, (2014). DOI: https://doi.org/10.1109/IROS.2014.6943040
[9]. Bartolomei, Luca et al. “Perception-aware Path Planning for UAVs usingSemantic Segmentation.” IEEE/RSJ International Conference onIntelligent Robots and Systems (IROS), 5808-5815, (2020). DOI: https://doi.org/10.1109/IROS45743.2020.9341347
[10]. Shetty, Akshay, G. X. Gao. “UAV Pose Estimation usingCross-view Geolocalization with Satellite Imagery.” InternationalConference on Robotics and Automation (ICRA), 1827-1833, (2018). DOI: https://doi.org/10.1109/ICRA.2019.8794228
[11]. Gu’erin, Eric et al. “Satellite Image Semantic Segmentation.” ArXivabs/2110.05812, (2021).
[12]. Briechle, Kai and Uwe D. Hanebeck. “Template matching using fast nor-malized cross correlation.” SPIE Defense + Commercial Sensing, (2001). DOI: https://doi.org/10.1117/12.421129
[13]. LoweDavid, G. “Distinctive Image Features from Scale-Invariant Key-points.” International Journal of Computer Vision, (2004) DOI: https://doi.org/10.1023/B:VISI.0000029664.99615.94
[14]. A. Macario et al. “A Comprehensive Survey of Visual SLAMAlgorithms.” Robotics 11, 24, (2022). DOI: https://doi.org/10.3390/robotics11010024
[15]. Delmerico, Jeffrey A. and Davide Scaramuzza. “A Benchmark Com-parison of Monocular Visual-Inertial Odometry Algorithms for FlyingRobots.” IEEE International Conference on Robotics and Automa-tion (ICRA), 2502-2509, (2018). DOI: https://doi.org/10.1109/ICRA.2018.8460664
[16]. Gurgu, Marius-Mihail et al. “Vision-Based GNSS-Free Localization forUAVs in the Wild.” 7th International Conference on MechanicalEngineering and Robotics Research (ICMERR), 7-12, (2022). DOI: https://doi.org/10.1109/ICMERR56497.2022.10097798
[17]. Rublee, Ethan et al. “ORB: An efficient alternative to SIFT or SURF.” International Conference on Computer Vision, 2564-2571, (2011). DOI: https://doi.org/10.1109/ICCV.2011.6126544
[18]. Yi, Kwang Moo et al. “LIFT: Learned Invariant Feature Transform.” ArXivabs/1603.09114, (2016).
[19]. DeTone, Daniel et al. “Toward Geometric Deep SLAM.” ArXivabs/1707.07410, (2017).
[20]. DeTone, Daniel et al. “SuperPoint: Self-Supervised Interest Point Detec-tion and Description.” IEEE/CVF Conference on Computer Visionand Pattern Recognition Workshops (CVPRW), 337-33712, (2017). DOI: https://doi.org/10.1109/CVPRW.2018.00060
[21]. Yeying Jin et al. “DC-ShadowNet: Single-Image Hard and Soft ShadowRemoval Using Unsupervised Domain-Classifier Guided Network”. Inter-national Conference on Computer Vision (ICCV), 2207.10434, (2021).
[22]. Jiaming Sun et al. “LoFTR: Detector-Free Local Feature Matchingwith Transformers”. International Conference on Computer Vision(ICCV), 2104.00680, (2021).
