[發明專利]一種基于點云空間二值化的無人機視覺避障方法

有效

• 申請號: 201810471344.9
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN108764080B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 柴興華;高峰;雷耀麟;胡炎
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/46;G06T7/70;G06T7/80
• 代理公司: 河北東尚律師事務所 13124
• 代理人: 王文慶

本發明公開了一種基于點云空間二值化的無人機視覺避障方法，屬于機器視覺技術領域。在基于雙目視覺的無人機避障技術實施過程中，由于雙目圖像特征匹配存在大量誤匹配點，重建的三維點云包含障礙物信息的同時，也包含大量由誤匹配引起的噪聲信息。該發明針對內部參數及結構參數已確定的雙目視覺傳感器，按照一定的空間坐標規則將其視場范圍分割為邊長一定的空間方格，根據雙目圖像三維點云重建后在各空間方格內的分布數量，通過給定的閾值確定空間方格是否有效，將有效的方格進行統計計算后進行無人機飛行路徑規劃。該方法在有效去除誤匹配點的同時，可保留障礙物的距離及尺寸信息，提高了避障算法魯棒性和準確度。

技術領域

本發明公開了一種基于點云空間二值化的無人機視覺避障方法，屬于機器視覺技術領域。

技術背景

無人機是一種技術密集的機電一體化產品，結合了機械工程、傳感器、計算機控制、電子信息處理、人工智能等技術，在軍事察打、航拍監控、特殊任務、危險作業等領域，得到越來越廣泛的應用，不斷改變著現代戰爭方式、勞動生產方式以及人們的生活方式。隨著無人機應用范圍的不斷擴大，為無人機配備精確快速的信息感知系統，準確規劃自身運動，實現無碰撞地從起點繞過障礙物安全到達目標點，是實現無人機安全高效完成各類任務的重要保障。尤其對低空飛行的小型旋翼無人機，由于飛行環境的不確定性及突發障礙物較多，快速避障通常是體現無人機安全性能的重要指標。

然而，無人機的工作方式及使用環境使其在障礙物規避上存在諸多限制：1)環境的不確定性決定了必須采用自主避障方式；2)有限的載重量決定了障礙物感知設備重量不能太大；3)快速的飛行速率決定了數據處理必須具有很高的實時性。因此，小型旋翼無人機精確快速避障的實現較為困難，是無人機相關技術中的研究熱點之一。

根據障礙物感知方式的不同，無人機避障技術主要分為兩類：1)基于探測波的避障技術，如激光雷達、超聲波等；2)基于視覺成像的避障技術，如雙目視覺、結構光視覺等。寧夏大學的張西忱在文章“無人機的避障技術及其應用”(《集成電路應用》，2017，34(2)：66-68)中總結了幾種常見的無人機避障技術及其發展趨勢。總結起來，使用探測波的避障方式存在的主要問題包括容易受到干擾、探測范圍較小、需要專用處理芯片、成本昂貴等；結構光視覺避障方法，即結合單攝像機和結構光發射器構成深度攝像頭，由于其“見光死”特征，只適合在暗環境、室內應用；雙目視覺避障方法，采用雙攝像機結構，具有與結構光視覺避障方法相反的特征，即僅適合光線質量良好穩定的場景，難以實現全天候避障。

目前，由于沒有全天候、高精度、無死角的無人機避障技術，通常會采取多種避障技術集成的手段來實現不同場景下的避障。而雙目視覺避障技術，以其仿照人類雙眼的工作機理，具有成本低廉、作用距離遠、獲取信息量豐富、抗電子干擾和溫度變化等優勢，逐漸成為無人機避障領域的主流及多方式融合避障技術中最常用的方法，引起了眾多研究者的關注。雙目視覺避障技術中最耗時也最重要的過程是雙目圖像的三維重構問題，即在兩幅圖像的特征點之間建立一一對應關系并根據雙目視覺模型進行三維坐標重建的過程，它是雙目視覺避障算法的核心。

目前，如何快速地、精確地實現三維重構，已成為雙目視覺避障技術的研究熱點之一。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種基于點云空間二值化的無人機視覺避障方法，該方法能夠快速地對雙目圖像進行三維重構，并精確地去除不正確的匹配點，提高避障算法魯棒性和準確度。

為了實現上述目的，本發明采用的方案為：

一種基于點云空間二值化的無人機視覺避障方法，該方法應用于具有雙目視覺系統的無人機，包括以下步驟：

(1)標定雙目視覺系統的攝像機內部參數及結構參數，所述內部參數包括左右攝像機的主點、焦距和二級畸變系數，所述結構參數包括左右攝像機之間坐標系轉換的旋轉矩陣及平移向量；

(2)設定無人機的當前位置點以及目標點；