[發明專利]一種基于事件觸發機制的無人機實時導航方法

有效

• 申請號: 202110595226.0
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113310493B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 魯仁全;翁劍鴻;陶杰;雷群樓;彭慧
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 佛山市禾才知識產權代理有限公司 44379
• 代理人: 曹振;羅凱欣

1.一種基于事件觸發機制的無人機實時導航方法，其特征在于，包括下述步驟：

采樣圖像：設置指揮機的攝像機的采樣頻率，指揮機根據采樣頻率實時采集圖像，指揮機對采集的圖像進行邊緣化處理；

執行機定位：通過執行機和指揮機配合，識別執行機的保護環，并獲得執行機的三維坐標；

深度圖計算：將執行機的三維坐標位置與目的地的三維坐標位置連線，選取靠近執行機的區域作為深度計算區域，并劃分為多個子區域，計算各子區域的深度；

路徑規劃：通過子區域的深度和執行機的深度構成障礙圖，更新障礙圖直至出現可行路徑，執行機沿可行路徑飛行至目的地；

事件觸發：執行機在飛行至目的地過程中，若深度計算區域內低于執行機的像素數與總像素數的比值小于遞減閾值，則跳過下一幀圖像的識別和深度圖計算；否則，返回執行機定位步驟；

到達目的：執行機抵達目的地，結束本次導航。

2.根據權利要求1所述的一種基于事件觸發機制的無人機實時導航方法，其特征在于，在執行機定位的步驟中，包括：

執行機通過傳感器將自身的翻滾角α，俯仰角β發送至指揮機，指揮機計算在俯視圖中執行機保護環的兩個軸的長度比值p，計算公式為：

p=b/a=sinβ/sinα；

執行機保護環的橢圓曲率的計算公式為：ρ=，；其中t為橢圓的離心角，a為橢圓短軸長度，b為橢圓長軸長度；

在采集的圖像中提取符合曲率范圍ρ±γ的邊緣，根據橢圓曲率、邊緣的凸性和邊緣的連接關系構建有向鄰接矩陣M，對有向鄰接矩陣M進行雙向遍歷，得到所有邊緣組合形成候選橢圓組，對每個候選橢圓組進行快速擬合與驗證，再通過聚類方法去除重復橢圓；

若其中至少三個橢圓圓心符合給定閾值ε內滿足矩形關系的橢圓組合，則該橢圓組合為無人機保護環的位置；

根據至少三個橢圓圓心計算出執行機俯視圖上的像素坐標(u,v)。

3.根據權利要求2所述的一種基于事件觸發機制的無人機實時導航方法，其特征在于，在執行機定位的步驟中，若沒有至少三個橢圓圓心滿足矩形關系的橢圓組合，啟用重定位，已離線訓練的Poly YOLO進行匹配重定位，將候選框中心作為執行機俯視圖上的像素坐標(u,v)；若重定位失敗，則視為跟丟，結束本次導航。

4.根據權利要求2或3所述的一種基于事件觸發機制的無人機實時導航方法，其特征在于，在執行機定位的步驟中，還包括：

以指揮機的攝像頭光心為原點坐標，朝下方向為正向，代入下列公式：

L_head=2*T*sinθ；

L= L_head *sinβ；

q=l/L=f/h；

x=(u-W/2)*q；

y=(v-H/2)*q；

其中：q為像素坐標和實際坐標的轉換比例，l為機頭方向兩保護環圓心像素距離，L為實際俯視臂長，L_head為機頭方向兩保護環圓心距離，f為攝像頭焦距，h為執行機相對于指揮機的高度，T為執行機臂長，θ為機頭方向兩臂夾角的一半，β為翻滾角，W為圖像的寬度，H為圖像的高度，執行機實際位置的坐標為（x，y，h）。

5.根據權利要求1所述的一種基于事件觸發機制的無人機實時導航方法，其特征在于，在深度圖計算的步驟中，包括：

將執行機的三維坐標位置與目的地的三維坐標位置連線，以執行機的臂長為單位，對采集的圖像中，執行機與目的地的連線方向，以靠近執行機的3T*3T范圍的像素作為深度計算區域S，T為執行機臂長；

對深度計算區域S進行邊緣化，獲得帶有多個邊緣曲線的圖像，將邊緣曲線相近的端點連接，將未封閉的邊緣曲線兩端擴展至與其他邊緣曲線或圖像的邊界連接，將圖像劃分為多個單連通的子區域S_i；

將區域S劃分為m*m的網格區域，每個網格區域隨機取一個深度點，計算深度h_i。