[發明專利]一種基于雙目視覺系統的無人機避障方法

在審

• 申請號: 201910543933.8
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110209184A
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 馬珺;覃志強;陳德鵬
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔雪花;冷錦超

本發明公開了一種基于雙目視覺系統的無人機避障方法，該方法通過雙目視覺系統獲得圖像信息后得到深度圖信息；利用生態學方法結合指數加權移動平均值算法對深度圖進行去噪操作；基于區域生長的閾值分割算法提取障礙輪廓，同時用矩形框進行擬合得出視差值；通過相似三角定理求出障礙距離；將所得距離傳入飛行控制器，與預先設定的閾值距離作比較后發出不同指令，無人機在準確的時機完成避障；本發明將形態學方法與指數加權移動平均值算法結合，提升了深度圖去噪程度，提高了無人機與障礙物之間距離的計算精度，提高了無人機快速視覺避障能力，其準確度相較于現存算法有較大提升。

技術領域

本發明涉及無人機視覺與數字圖像處理領域，具體為一種基于雙目視覺系統的無人機避障方法。

背景技術

隨著科學技術的不斷深入，機器無人化成為當今的趨勢，市場不斷擴大，無人機經常會執行一些特殊任務，這無疑向無人機對障礙的識別速度、躲避障礙的靈活性提出了更高的要求?；谝曈X的控制系統的特點是組成結構簡單、成本低、性價比高等等，同時，相比較而言，雙目視覺系統比單目視覺系統獲得的信息更多，同時由于雙目視覺系統可以將得到的圖像進行共面處理，得到無畸變且行對準圖像，此時比單目系統測量精度更高，有利于無人機的準確避障，雙目視覺系統目前在機器導航、目標追尋等相關領域使用廣泛。

廣泛使用的降噪方法，一般是利用形態開閉操作對深度圖進行降噪，每進行一次開操作為腐蝕-膨脹，目的是消除圖像中大于領域內點的孤立異常值。閉操作為膨脹-腐蝕，目的是消除圖像中小于領域內點的孤立異常值。但開閉操作彼此獨立，操作結束后圖像效果并不是很理想，噪聲區域內與非噪聲區域灰度值相差相對較小的像素點并未完全消除，因此還具有一定的改善空間。

指數加權移動平均值算法，從傳遞函數的角度分析，它具有很好的魯棒性，同時表現出很好的低通濾波性，對于圖像像素而言，可視為對圖像的進一步腐蝕。但單獨使用的話需要待處理的深度圖像噪聲區域與非噪聲區域內各像素點灰度值差別在一定范圍內才會有較好的表現。

所以，目前對于深度圖像的降噪處理效果不理想，這使得無人機的測距結果不準確，進而導致無人機在障礙物時判斷出現誤差使其控制失誤。

發明內容

本發明克服現有技術存在的不足，在基于深度圖像處理的基礎上，提出了一種基于雙目視覺系統的無人機避障方法，目的是為了解決深度圖降噪效果不理想，使得測距結果不精確，導致無人機控制不準確的問題。

本發明是通過如下技術方案實現的。

一種基于雙目視覺系統的無人機避障方法，具體包括以下步驟：

1）利用雙目攝像機獲取無人機正前方的圖像，得到左圖像和右圖像。

2）對圖像進行灰度化，得到圖像的各像素點特征信息，對這些信息進行立體匹配，從而得到深度圖信息。

3）獲取深度圖，依次使用形態學方法和指數加權移動平均值算法進行深度圖去噪；所述的形態學方法是將深度圖轉換為二值深度圖，三次形態開放操作在二值深度圖，三次形態關閉操作在進程圖像；所述的指數加權移動平均值算法具體計算公式為。

EWMA(t)=aY(t)+(1-a)EWMA(t-1)，t=1，2，……，n。

其中，EWMA(t)為t時刻的估計值，Y(t)為t時刻的測量值，n為觀察總時間，a(0<a<1)為歷史測量值權重系數；取多個a值，并通過信噪比曲線來確定最大信噪比所對應a值。

4）用基于區域生長的閾值分割算法提取障礙輪廓，同時用矩形框進行擬合。

5）得到視差值，從而得到障礙物與無人機之間的距離。

6）設置無人機避障閾值距離，將得到距離與閾值進行比較，并將這些數據信息傳入飛行控制器，飛行控制器根據這些信息進行判斷，從而做出相應的動作。