[發明專利]一種基于視覺的室內無人機路徑規劃方法

有效

• 申請號: 202011542716.6
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112747736B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 劉小雄;黃劍雄;高鵬程;張興旺;梁晨
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G06T7/50;G06T7/73
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

本發明公開了一種基于視覺的室內無人機路徑規劃方法，首先構建點云地圖，再進行點云濾波與降采樣，以提高點云地圖精度；然后構建八叉樹地圖和探索地圖，再進行地勢值計算；之后規劃實時路徑，通過上述地圖的構建，最終可以形成實時路徑規劃所需的探索地圖，通過無人機位置、路徑點在導航坐標系與探索地圖坐標系之間的轉換，保證路徑規劃算法的正確性；最后進行實時路徑平滑。該方法具備運算量小、實時性強，能夠同時進行未知環境探索與路徑規劃等特點；能夠在以探索區域進行精確的局部路徑規劃，而在未探索區域，則進行全局路徑方向導引；并能對突發性障礙物快速響應。

技術領域

本發明屬于無人機技術領域，具體涉及一種無人機路徑規劃方法。

背景技術

傳統的無人機通常依靠人工設定的飛行航點及其虛擬航點在室外空曠區域實現路徑規劃與引導，但隨著無人機智能化進程的進一步深入，對無人機的適用場景、任務執行能力提出了越來越高的要求，而路徑規劃算法更是無人機智能化進程中非常重要的一步。由于室內環境相對室外復雜，存在難以事先獲取導航地圖、飛行空間狹窄、突發障礙較多等比較突出的技術問題。這類技術問題對于路徑規劃算法的實時性、重規劃能力，以及路徑的安全性都提出了較高的要求。

傳統的路徑規劃算法，如RRT*算法、蟻群算法等往往由于其需要較大的運算量，實時性較差，并不適合無人機這類算力較弱的平臺使用，而A*、D*以及人工勢場法等全局路徑規劃算法，通常由于在室內環境中難以預先得到全局地圖，因此在室內環境中該類全局搜索算法也存在相應瓶頸。因此，一個輕量級實時性較強的，將局部路徑規劃與全局路徑規劃相結合的，同時進行未知環境探索與路徑規劃的，并對突發障礙物能快速響應的路徑規劃算法，能夠更加針對性的解決無人機在室內進行路徑規劃的主要技術問題。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種基于視覺的室內無人機路徑規劃方法，首先構建點云地圖，再進行點云濾波與降采樣，以提高點云地圖精度；然后構建八叉樹地圖和探索地圖，再進行地勢值計算；之后規劃實時路徑，通過上述地圖的構建，最終可以形成實時路徑規劃所需的探索地圖，通過無人機位置、路徑點在導航坐標系與探索地圖坐標系之間的轉換，保證路徑規劃算法的正確性；最后進行實時路徑平滑。該方法具備運算量小、實時性強，能夠同時進行未知環境探索與路徑規劃等特點；能夠在以探索區域進行精確的局部路徑規劃，而在未探索區域，則進行全局路徑方向導引；并能對突發性障礙物快速響應。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

步驟1：構建點云地圖；

假設點云中的點P_w來自無人機相機獲取圖像，點P_w在世界坐標系的坐標為(x_w,y_w,z_w)，點P_w在圖像像素坐標系對應的坐標為(u,v)，點P_w在世界坐標系的rgb信息等于點P_w在圖像像素坐標系中的投影點對應的rgb信息，即：

假設無人機相機獲取圖像位姿為R_cw、t_cw，其中R_cw表示無人機相機獲取圖像在世界坐標系中的位姿矩陣，t_cw表示無人機相機獲取圖像的平移矩陣，則點P_w在相機坐標系下的投影P_c為：

P_c＝R_cwP_w+t_cw

假設相機內參為K：