[發明專利]一種無人機的視覺定位避障系統及其方法

在審

• 申請號: 201710251771.1
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN108733064A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 高揚;閆廷廷
• 申請（專利權）人: 中交遙感載荷（北京）科技有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 郭云梅

本發明涉及無人機技術領域，特別涉及一種無人機的視覺定位避障系統及其方法，該系統包括在無人機上裝載有雙目視覺系統、傳感器模塊及飛行控制系統；該方法包括雙目視覺系統獲取無人機飛行環境的視覺信息，并經處理得到障礙物信息；傳感器模塊獲取無人機的狀態信息；飛行控制系統接收障礙物信息和無人機狀態信息，建立飛行路徑，生成飛行控制指令并向無人機發送；無人機根據飛行控制指令規避障礙物飛行。本發明將視覺信息與傳感器模塊信息相融合，感知飛行環境信息，進行飛行路徑控制和路徑規劃以對障礙物進行規避，有效地解決了無人機視覺避障的問題，使其具備利用機載攝像機完成視覺避障的能力。

技術領域

本發明涉及無人機技術領域，特別涉及一種無人機的視覺定位避障系統及其方法。

背景技術

由于近年來微電子技術和傳感器技術的發展，使得完全自主控制的無人飛行器的實現成為可能。目前自主飛行器設計的關鍵問題集中于信息獲取，導航與遠程控制系統設計。對于傳統的高空飛行無人機，采用GPS與慣性測量單元(IMU)相結合的方法，可以獲取相應的位置姿態，高度，航向信息，以實現飛行控制和路徑點導航。但是對于主要應用于低空近地環境的微小型無人機，其飛行環境要復雜的多，因此飛行器不僅要估計自身的位姿，還要感知周圍的實際環境。為了實現微小型無人機在低空環境的自主飛行，必需選擇合適的傳感器獲取無人機位姿及周圍環境信息。目前應用較多的傳感器包括超聲波傳感器，激光雷達以及視覺相機等。由于微小無人機具有較為嚴格的載重約束和能源約束，使用相機作為傳感器通過視覺的方法獲取信息具有明顯的優點。相機具有成本低，重量較輕，并且被動成像，包含飛行器運動和周圍環境的大量信息。由于GPS信號在雜亂的低空環境和室內穩定性較差，因此很多試驗系統不使用GPS信號。

視覺方法在微小型無人機系統得到了廣發的應用。例如南加州大學基于視覺實現無人機的自動降落，基于視覺的反饋控制，基于光流算法的視覺避障等。視覺算法主要包括基本的特征識別跟蹤，光流場計算，以及視覺定位和環境實時繪圖等。MITACL在室內未知環境下基于視覺的四旋翼飛行器控制和導航的研究，分析說明了視覺方法在小型無人機自主控制方面的應用。

盡管計算機視覺經過幾十年的發展，一些算法已經相當成熟，但是無人機作為一個全新的應用平臺，會有較多的實際問題有待解決，比如由于飛行震動引起的圖形模糊，因飛行速度較快需要視覺處理算法有較強的實時性等，同時由于無人機載重量和計算能力的約束，導致在現有的條件下盡量多和全面的提取出飛行器自身姿態和周圍境信息比較困難。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種無人機的視覺定位避障系統及其方法，該檢測系統能夠在滿足無人機對功耗及載重的需求前提下，獲得實時的較高精度的飛行環境三維信息從而實現視覺定位和避障。

發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種無人機的視覺定位避障系統，無人機，在無人機上裝載有雙目視覺系統、傳感器模塊及飛行控制系統；

所述雙目視覺系統由兩臺機載攝像機、視覺采集處理單元構成，所述兩臺機載攝像機用于獲取無人機的視覺信息，所述視覺采集處理單元處理視覺數據建立三維飛行環境信息，該視覺采集處理單元由完成圖像的并行算法的現場可編程門陣列FPGA模塊和完成圖像的串行算法以及結果發布的嵌入式處理器ARM模塊構成；

所述傳感器模塊包含慣性測量單元IMU、全球定位系統GPS、磁羅盤及氣壓計；所述飛行控制系統接收來自于雙目視覺系統及傳感器模塊的視覺信息和無人機飛行狀態數據，通過融合處理生成飛行控制指令，用于控制無人機飛行；所述無人機根據飛行控制系統的飛行控制指令進行飛行，實現對障礙物規避飛行功能。