Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung eines rekonfigurierbaren On-Board-Bildverarbeitungssystems, welches die Anforderungen bezüglich Masse, Raum- und Energiebedarf unbemannter Kleinstflugzeuge erfüllt. Die Leistungsfähigkeit dieses Sensor- und Rechnersystems soll zuerst für ein bildgestütztes autonomes Landeverfahren genutzt werden. Deshalb wird zunächst unter Nutzung photogrammmetrischer Verfahren hergeleitet, wie relative Position und Lage einer bekannten, mobilen Markierung bestimmt werden können, indem deren perspektivische Abbildung durch ein vom Flugzeug aus nach unten blickendes Kamerasystem ausgewertet wird. Durch den Einsatz kantenbasierter Segmentierungsverfahren und die Beschreibung der resultierenden Konturen durch einfache geometrische Formen wird die Abbildung der Markierung eindeutig identifiziert. Anschließend werden die Methoden der Photogrammmetrie angewendet. Die entwickelten Algorithmen werden in einem Experiment geprüft, die erreichbaren Genauigkeiten eingehend diskutiert und die Eignung für den bildgestützten Landeanflug nachgewiesen. Für das zu entwickelnde Bildverarbeitungssystem werden die Anforderungen definiert, welche sich zum einen aus dem vorgesehenen Einsatz in unbemannten Kleinstflugzeugen und zum anderen aus dem geplanten bildgestützten Landeverfahren ergeben. Die Komponenten des daraufhin entwickelten Gesamtsystems und insbesondere der Aufbau des neuen bildverarbeitenden Rechners werden anschließend ebenso wie die durchgeführte Implementierung der bildverarbeitenden Algorithmen des Landeverfahrens detailliert beschrieben. Im letzten Teil der Arbeit werden für das bildgestützte Landeverfahren Flugführungs- und Flugregelungsansätze erarbeitet. Hierzu wird eine hierarchische Reglerstruktur aufgebaut, welche auch die neu entwickelte, spline-basierte Bahnführung enthält. Es können gekrümmte Bahnen beliebiger Komplexität erflogen werden. Ein Schwerpunkt liegt auf der Generierung flugmechanisch plausibler Bahnen für das Landeverfahren, wobei die vorzugebenden Bahnen direkt von den bildgestützten Messungen abhängig sind. Abschließend werden Ergebnisse der Simulation der entwickelten Ansätze und Verfahren diskutiert.

    This thesis focuses on the development of a reconfigurable on-board image processing system which meets the special requirements regarding mass, size and energy consumption of small unmanned aerial vehicles. The capabilities of the new system shall be used first by a vision-based, autonomous landing procedure. To determine relative position and attitude of a known marker representing the landing point, single images acquired by a downward facing camera are analyzed. The projection of the marker can be identified using machine vision techniques such as edge detection and geometric primitive fitting. Utilizing the perspective transformation of the marker and photogrammetric methods, calculation of relative position and attitude of the marker is possible. Achievable accuracy of the algorithms and suitability for the proposed landing procedure are examined by an extensive experiment. The specifications of the image processing system arise from a requirements analysis of the proposed use on board of small unmanned aerial vehicles on the one hand and of the landing procedure on the other hand. The components of the overall system, the special architecture of the new image processing computer and the implementation of the image processing algorithms for the vision-based landing procedure are presented in detail. The last part of this thesis describes the development of flight guidance and flight control methods. Its hierarchical structure incorporates the new spline-based flight path guidance which replaces the former waypoint navigation. New flight paths are automatically generated with every vision-based update of the landing point's position and attitude. Special care has to be taken to define paths that are only valid with respect to the aircraft's flight mechanics. Finally, simulation results of the vision-based landing procedure are discussed.


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    Title :

    Ein rekonfigurierbares Bildverarbeitungssystem für unbemannte Kleinflugzeuge - Entwicklung eines bildgestützten Landeverfahrens


    Additional title:

    A reconfigurable image processing system for unmanned aerial vehicles - development of image based landing procedure


    Contributors:

    Published in:

    Publication date :

    2008


    Size :

    133 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen




    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German






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