[發(fā)明專(zhuān)利]基于視覺(jué)伺服的感知與規(guī)避方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410305109.6
• 申請(qǐng)日: 2014-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104102218B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂洋;潘泉;趙春暉;張夷齋;劉流;席慶彪;劉慧霞;吳薇;朱海峰;程承;康青青
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/02
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 陜西增瑞律師事務(wù)所61219
• 代理人: 張瑞琪

1.一種基于視覺(jué)伺服的感知與規(guī)避系統(tǒng)，其特征在于，包括：

無(wú)人機(jī)，所述無(wú)人機(jī)上設(shè)置自動(dòng)駕駛儀，所述自動(dòng)駕駛儀接收飛行控制指令進(jìn)行飛行并完成無(wú)人機(jī)對(duì)障礙物的規(guī)避動(dòng)作；

圖像采集系統(tǒng)，搭載在所述無(wú)人機(jī)上，用于采集無(wú)人機(jī)的飛行空域圖像信息，采用多相機(jī)多視角集中式陣列構(gòu)型，并通過(guò)相機(jī)接口實(shí)時(shí)傳輸圖像信息；

視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)，設(shè)置在所述無(wú)人機(jī)上，包括視覺(jué)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤模塊、安全包絡(luò)模塊和視覺(jué)伺服控制器，視覺(jué)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤模塊接收?qǐng)D像采集系統(tǒng)傳輸?shù)膱D像信息并實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像中飛行目標(biāo)的檢測(cè)、定位和跟蹤，安全包絡(luò)模塊根據(jù)獲取的目標(biāo)狀態(tài)信息進(jìn)行圖像平面角度安全包絡(luò)的生成，并基于該安全包絡(luò)生成圖像規(guī)避角度，以此角度輸入至視覺(jué)伺服控制器，視覺(jué)伺服控制器輸出規(guī)避機(jī)動(dòng)角度，并將該角度通過(guò)串口傳輸至自動(dòng)駕駛儀完成規(guī)避動(dòng)作；

導(dǎo)航定位系統(tǒng)，設(shè)置在所述無(wú)人機(jī)上，用于建立航路回歸機(jī)制，導(dǎo)航定位系統(tǒng)檢測(cè)到無(wú)人機(jī)不在航路且不存在威脅時(shí)，進(jìn)行航路回歸，使無(wú)人機(jī)返回原始航路。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺(jué)伺服的感知與規(guī)避系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺(jué)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤模塊采用多路高清圖像處理平臺(tái)DM8168。

3.一種基于視覺(jué)伺服的感知與規(guī)避系統(tǒng)的規(guī)避方法，其特征在于，包括：

步驟一，通過(guò)所述無(wú)人機(jī)機(jī)載圖像采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行視場(chǎng)角內(nèi)的空域的完全覆蓋，獲取無(wú)人機(jī)的飛行空域圖像信息；

步驟二，機(jī)載視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)中視覺(jué)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤模塊接收所述步驟一中圖像信息并進(jìn)行處理，完成對(duì)空域圖像中飛行目標(biāo)的檢測(cè)、定位和跟蹤；

步驟三，根據(jù)所述步驟二中獲取的飛行目標(biāo)狀態(tài)信息，視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)中安全包絡(luò)模塊進(jìn)行圖像平面角度安全包絡(luò)生成，通過(guò)安全包絡(luò)確定無(wú)人機(jī)是否存在碰撞威脅，針對(duì)碰撞威脅，計(jì)算得到圖像意義下的規(guī)避角度；

步驟四，將所述步驟三中的規(guī)避角度輸入視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)中的視覺(jué)伺服器，視覺(jué)伺服器輸出需要的規(guī)避機(jī)動(dòng)俯仰和偏航角度，并傳送至無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛儀完成規(guī)避機(jī)動(dòng)；

步驟五，利用導(dǎo)航定位系統(tǒng)建立航路回歸機(jī)制，當(dāng)無(wú)人機(jī)不存在威脅時(shí)，使無(wú)人機(jī)返回原始航路。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的規(guī)避方法，其特征在于，所述步驟二的具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

所述步驟一中圖像采集系統(tǒng)獲取的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)相機(jī)數(shù)據(jù)線傳送至機(jī)載視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)中視覺(jué)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤模塊，其中圖像采集系統(tǒng)中共設(shè)置A、B、C三臺(tái)相機(jī)，視覺(jué)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤模塊采用多路高清圖像處理平臺(tái)DM8168，利用DM8168實(shí)現(xiàn)對(duì)獲取的多路視頻進(jìn)行處理，通過(guò)檢測(cè)算法獲取目標(biāo)k時(shí)刻在圖像采集系統(tǒng)中某一相機(jī)圖像平面的位置信息p_k＝[p_xk,p_yk]，獲得目標(biāo)相對(duì)于該相機(jī)的相對(duì)角度：

σ′=tan-1pxk-w2f/μ]]>γ′=tan-1pyk-h2f/μ]]>

其中，w和h分別是以像素為單位的圖像的寬度和高度，f為相機(jī)鏡頭焦距，μ為象元尺寸；

根據(jù)相機(jī)安裝位置，可獲得目標(biāo)k時(shí)刻相對(duì)于無(wú)人機(jī)的相對(duì)角度為Θ_k＝[σ_k,γ_k]，其中

σk=σ′-49π,pk⋐Aσ′,pk⋐Bσ′+49π,pk⋐C]]>

γ_k＝γ′

式中分別表示檢測(cè)到的目標(biāo)來(lái)自于圖像采集系統(tǒng)中的相機(jī)A、相機(jī)B和相機(jī)C；

根據(jù)前后時(shí)刻的角度變化確定目標(biāo)的角速度Ω_k＝[ω_xk,ω_yk]＝Θ_k+1-Θ_k,k>0。