A Precision Drone Landing System using Visual and IR Fiducial Markers and a Multi-Payload Camera

要約

私たちは、基準マーカーと、広角センサー、ズームセンサー、および IR センサーを備えたジンバルに取り付けられたマルチペイロードカメラを使用して、自律的に正確にドローンを着陸させる方法を提案します。
この方法には最小限のデータ要件があります。
これは主にドローンから着陸パッドまでの方向に依存するため、カメラのさまざまなセンサーとズーム倍率を動的に切り替えることができ、補助センサーの要件を最小限に抑えることができます。
これにより、地上高度、着陸パッドまでの直線距離、基準マーカーのサイズ、6 DoF マーカーの姿勢 (方向が問題となる) などのデータが不要になります。
ズームカメラと広角カメラ、および視覚的な April Tag 基準マーカーを活用して、前作よりもはるかに長い距離 (水平距離 168 m、高度 102 m) からの正確な着陸を成功させます。
私たちは、これまでのほとんどの研究で使用されていた単純な IR ビーコンの代わりに、日中と夜間の正確な着陸のために、IR スペクトルの 2 種類の April Tags (アクティブとパッシブ) を使用します。
アクティブ IR ランディング パッドは加熱されます。
新しいパッシブ型は、周囲温度では電源が供給されず、高い反射率と地面と空の IR 差に依存します。
最後に、着陸パッドの最初の探索と、着陸パッドが失われた場合のその後の探索を管理するための高レベルの制御ポリシーを提案します (以前の研究では取り上げられていません)。
この方法では、着陸スキッドが着陸パッドに少なくとも接触し、平均誤差 0.19 m を達成して着陸が成功することが実証されています。
また、着陸パッドが一時的に見えなくなった場合でも、正常に回復して着陸することを示しています。

要約(オリジナル)

We propose a method for autonomous precision drone landing with fiducial markers and a gimbal-mounted, multi-payload camera with wide-angle, zoom, and IR sensors. The method has minimal data requirements; it depends primarily on the direction from the drone to the landing pad, enabling it to switch dynamically between the camera’s different sensors and zoom factors, and minimizing auxiliary sensor requirements. It eliminates the need for data such as altitude above ground level, straight-line distance to the landing pad, fiducial marker size, and 6 DoF marker pose (of which the orientation is problematic). We leverage the zoom and wide-angle cameras, as well as visual April Tag fiducial markers to conduct successful precision landings from much longer distances than in previous work (168m horizontal distance, 102m altitude). We use two types of April Tags in the IR spectrum – active and passive – for precision landing both at daytime and nighttime, instead of simple IR beacons used in most previous work. The active IR landing pad is heated; the novel, passive one is unpowered, at ambient temperature, and depends on its high reflectivity and an IR differential between the ground and the sky. Finally, we propose a high-level control policy to manage initial search for the landing pad and subsequent searches if it is lost – not addressed in previous work. The method demonstrates successful landings with the landing skids at least touching the landing pad, achieving an average error of 0.19m. It also demonstrates successful recovery and landing when the landing pad is temporarily obscured.

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