[發明專利]基于三目立體視覺的無人機避障方法

在審

• 申請號: 201711078365.6
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107885224A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 羅兵;吳城鳳;胡寶軍
• 申請（專利權）人: 北京韋加無人機科技股份有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G01C11/04
• 代理公司: 北京正鼎專利代理事務所(普通合伙)11495
• 代理人: 岳亞

1.一種基于三目立體視覺的無人機避障方法，包括：

標定三目立體相機，獲得三個相機的內參數和外參數；

采集圖像，獲得三視圖；

提取所述三視圖中的特征直線，建立直線匹配三元組，根據所述直線匹配三元組估算線型障礙物的空間位置；

提取所述三視圖中的角點，建立特征點匹配三元組，根據所述特征點匹配三元組估算非線型障礙物的空間位置；

根據所述線型障礙物的空間位置和所述非線型障礙物的空間位置，建立障礙物空間分布圖；

根據所述障礙物空間分布圖，獲取可通行區域，規劃無人機安全飛行路徑。

2.根據權利要求1所述的無人機避障方法，其中，建立直線匹配三元組的步驟具體包括：

對于提取的所述三視圖中的特征直線，采用LBD算法建立所述特征直線描述子；

根據描述子最近鄰原則建立所述直線匹配三元組。

3.根據權利要求1所述的無人機避障方法，在根據所述直線匹配三元組估算線型障礙物的空間位置之前，還包括：

根據所述三個相機的外參數，構建歸一化坐標描述下的相機矩陣；

根據所述相機矩陣構建三焦張量的矩陣；

根據所述三焦張量的矩陣確定線-線-線三視圖幾何約束；

根據所述線-線-線三視圖幾何約束剔除所述直線匹配三元組中錯誤的直線匹配三元組，保留正確的直線匹配三元組。

4.根據權利要求3所述的無人機避障方法，其中，所述線-線-線三視圖幾何約束為：

其中，為所述直線匹配三元組，為的第i個分量(i＝1,2,3)，是的預測值，T_i為三焦張量的矩陣；

其中，其中和分別表示相機矩陣P²和P³的第i列；

其中，P¹＝[I|0],是第j號相機在第i號相機坐標系中的姿態，是第k號相機相對于第j號相機的平移矢量在第i號相機坐標系中的表示；并且

所述直線匹配三元組為正確的直線匹配三元組的條件為：

其中，|| ||表示向量的二范數，×表示兩個向量的叉積運算。

5.根據權利要求1所述的無人機避障方法，建立特征點匹配三元組的步驟具體包括：

對提取的所述三視圖中的角點，利用ORB算法建立特征點描述子；

根據最近鄰原則建立特征點匹配三元組。

6.根據權利要求1所述的無人機避障方法，在根據所述特征點匹配三元組估算非線型障礙物的空間位置的步驟之前，還包括：

根據所述三個相機的外參數，構建歸一化坐標描述下的相機矩陣；

根據所述相機矩陣構建三焦張量的矩陣；

根據所述三焦張量的矩陣確定點-線-點三視圖幾何關系；

根據所述點-線-點三視圖幾何關系剔除特征點匹配三元組中錯誤的特征點匹配三元組，保留正確的特征點匹配三元組。

7.根據權利要求6所述的無人機避障方法，其中，所述點-線-點三視圖幾何關系為：

其中，是第一幅視圖第j個特征點齊次坐標的三個分量，是的預測值，T_i為三焦張量的矩陣，其中和分別表示相機矩陣P²和P³的第i列；

其中，P¹＝[I|0],是第j號相機在第i號相機坐標系中的姿態，是第k號相機相對于第j號相機的平移矢量在第i號相機坐標系中的表示；

是第2幅圖像中通過點且垂直于對極線的直線；并且

所述特征點匹配三元組為正確的特征點匹配三元組的條件為：

其中，|| ||表示向量的二范數，×表示兩個向量的叉積運算。

8.根據權利要求7所述的無人機避障方法，根據所述線型障礙物的空間位置和所述非線型障礙物的空間位置，建立障礙物空間分布圖的步驟具體包括：

設置障礙物空間分布圖的分辨率；

對于估算的所述線型障礙物的空間位置，在所述線型障礙物的兩個端點之間每間隔一個分辨率采樣一個點；

將在所述線型障礙物上采集的點和所述估算的非線型障礙物的空間位置組成三維點云；

利用OctoMap算法將所述三維點云轉換為所述障礙物空間分布圖。

9.根據權利要求8所述的無人機避障方法，根據所述障礙物空間分布圖，獲取可通行區域，規劃無人機安全飛行路徑的步驟具體包括：

根據所述障礙物空間分布圖，利用OMPL工具庫求解最優避障路徑。