[發明專利]一種基于單目視覺的無人機障礙物識別方法

在審

• 申請號: 201910963529.6
• 申請日: 2019-10-11
• 公開（公告）號: CN110689578A
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 倪曉軍;馬浩森
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73
• 代理公司: 32224 南京縱橫知識產權代理有限公司
• 代理人: 張歡歡

本發明公開了一種基于單目視覺的無人機障礙物識別方法，包括以下過程：獲取單目相機采集到的無人機正前方圖像，并將此圖像轉換成灰度圖像；并從灰度圖像中提取各特征點；獲取單目相機采集到的另一幅無人機正前方圖像，將此圖像轉換為灰度圖像，并從灰度圖像中提取各特征點；將兩幅圖像中的各特征點進行匹配，將相匹配的兩特征點構成匹配點對；遍歷每對匹配點對，判斷無人機與特征點對應障礙物是否超出安全距離。本發明方法由于計算量低，計算速度也大大加快，實時性強，可以在無人機飛行速度較快時仍然有效，可以減少在遇到突發障礙物時所需的反應時間。

技術領域

本發明屬于無人機圖像處理技術領域，具體涉及一種基于單目視覺的無人機障礙物識別方法。

背景技術

近年來隨著無人機的發展，無人機自動巡航技術的應用范圍越來越廣泛。自動巡航的過程中要求無人機能夠自動識別并躲避障礙物，傳統的避障方法大多基于各類傳感器，無人機必須搭載專用的模塊，增加了成本和功耗，減少了巡航時間。近年來隨著圖像處理技術的發展，基于機器視覺的避障方法開始興起；另一方面，現在的無人機大多會搭載攝像頭，此類方法無需額外增加設備。目前常用的視覺避障方法分為單目視覺和雙目視覺，雙目視覺硬件成本高，同一時間處理數據量大，效率低；單目視覺的各類方法也各有各的缺陷，仍需進一步的改進和完善。

目前，常用的單目視覺障礙物識別方法多為提取前后兩幅連續圖像特征點并匹配，通過對比匹配點對的位置變化，以及前后兩幅圖像提取時間間隔內無人機的移動距離，根據三角形相似定理計算距離。常用的圖像特征算法包括SIFT(尺度不變特征變換)算法、SURF(加速穩健特征)算法等，但以上兩種算法計算用時較長，而無人機避障對實時性要求較高，因此并不適合。2011年，Ethan Rublee等人提出了ORB(Oriented FAST and RotationBRIEF)算法，較之SIFT算法和SURF算法，速度分別提高了100倍和10倍之多。但是ORB算法亦有缺點：不具備尺度不變性，而無人機在接近障礙物的過程中必然伴隨著圖像尺寸的變化，因此ORB算法若想應用于無人機避障，必須加以改進。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提出了一種基于單目視覺的無人機障礙物識別方法，解決了原ORB算法不具備尺度不變性的缺點，使其可以應用于無人機避障。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于單目視覺的無人機障礙物識別方法，其特征是，包括以下過程：

獲取單目相機采集到的無人機正前方圖像，并將此圖像轉換成灰度圖像；并從灰度圖像中提取各特征點；

獲取單目相機采集到的另一幅無人機正前方圖像，將此圖像轉換為灰度圖像，并從灰度圖像中提取各特征點；

將兩幅圖像中的各特征點進行匹配，將相匹配的兩特征點構成匹配點對；

遍歷每對匹配點對，判斷無人機與特征點對應障礙物是否超出安全距離。

進一步的，圖像轉換成灰度圖像后，先對灰度圖像進行高斯濾波。

進一步的，所述對灰度圖像進行高斯濾波包括：

采用盒子濾波器對灰度圖像進行高斯濾波。

進一步的，所述從灰度圖像中提取各特征點包括以下過程：

獲取灰度圖像在不同尺度下的響應圖用以構建尺度空間金字塔，

通過尺度空間金字塔中各響應圖中點的響應值的對比，提取特征點。

進一步的，獲取灰度圖像在不同尺度下的響應圖用以構建尺度空間金字塔包括：

用若干不同尺寸的盒子濾波器對灰度圖像進行濾波，濾波后產生的響應圖構成一組，若干組響應圖構成尺度空間金字塔。

進一步的，通過尺度空間金字塔中各響應圖中點的響應值的對比提取特征點包括：