[发明专利]障碍物探测定位装置及避障系统

说明书

技术领域

本发明涉及机器视觉应用技术领域，特别涉及一种障碍物探测定位装置及采用了该障碍物探测定位装置的避障系统。

背景技术

光流指时变图像中亮度或者灰度在成像平面上的运动。动物(尤其是昆虫)在移动时，周围环境会在视网膜上形成图像序列，图像序列的连续变化造成视网膜上亮度的“流动”，因此形象地称这种图像亮度在二维成像平面上的运动为光流。相对运动是光流产生的必要条件，生物研究结果表明昆虫就是利用光流进行导航、飞行和着陆的，这表明光流中包含有丰富的三维运动和场景信息。在光流应用技术领域国内外相继开展了大量研究，主要集中在移动目标检测与跟踪、机器人视觉导航与避障、飞行器低空地形跟随飞行控制等方向，初步具备了向工程应用转化的基础。

在光流应用算法研究和开发中，由于光流提取算法计算量较大，因此通常是将智能体携带的摄像机采集的序列图像通过无线链路回传到地面计算机进行光流解算，这在一定程度上限制了光流应用的工程化转化。并且，PX4光流传感器作为当下新兴的一种基于图像光流应用的硬件系统，其可以与超声测距器件一同使用，测量微小型飞行器的下视光流，辅助实现无GPS条件下的定点飞行，该技术已应用于Ar.drone四旋翼飞行器，并且PX4光流传感器还可以与开源飞控Pixhawk兼容使用，但由于成像单元少、测量覆盖范围及距离也很小，无法适应前视远距离大范围探测的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在图像采集现场提取光流并据此实现基于图像的障碍物探测定位的障碍物探测定位装置及采用了该障碍物探测定位装置的避障系统。

为解决上述问题，本发明提出一种障碍物探测定位装置，该装置包括：

图像获取单元，用以获取障碍物行进前方的场景图像；

图像处理单元，用以由所述图像获取单元获取得到的场景图像中采集 序列图像，并从所述序列图像中提取出光流，最终根据所述光流得出障碍物与所述图像获取单元的相对距离；

所述图像获取单元与所述图像处理单元连接用以将包含有障碍物的场景的图像信息传输至所述图像处理单元；

所述图像获取单元与所述图像处理单元均设置于获取场景图像的位置处。

优选的，所述障碍物探测定位装置与地面监测控制工作站连接用以将障碍物与所述图像获取单元的相对距离传递至所述地面监测控制工作站。

优选的，所述障碍物探测定位装置中设置有无线网卡，所述障碍物探测定位装置与所述地面监测控制工作站无线连接。

优选的，所述地面监测控制工作站通过无线网卡无线远程登陆控制所述图像处理单元。

优选的，本发明的障碍物探测定位装置还包括移动电源，所述移动电源分别与所述图像获取单元以及图像处理单元连接以提供电源，具体的，所述移动电源与所述图像获取单元以及图像处理单元之间均可以采用MicroUSB供电。

优选的，所述图像获取单元包括摄像机；

所述图像处理单元包括Pcduino微型计算机、搭载的Linux操作系统以及Opencv应用层软件Opencv应用层软件。

优选的，所述图像处理单元中应用层软件包括：

序列图像采集模块，用以采集所述图像获取单元获取得到的场景图像中的序列图像；

校正模块，用以校正所述序列图像采集模块采集到的序列图像并滤除噪声；

光流估计模块，用以获取并提取出经所述校正模块校正后的序列图像中的光流；

深度估计模块，用以获取障碍物与图像获取单元之间的相对距离。

优选的，所述模块序列图像采集模块读取的各所述序列图像之间为固定的时间间隔，且该时间间隔可以由工作人员结合实际进行设定，并预设于Opencv应用层软件中。

优选的，所述校正模块的滤除噪声采用高斯滤波方法；

所述光流估计模块提取光流采用二项式拟合方法；

所述深度估计模块根据膨胀中心(FOE)及剩余碰撞时间(TTC)进行。

本发明还提供了一种避障系统，包括：

上述的障碍物探测定位装置，用以获取障碍物与所述图像获取单元的相对距离；

智能体控制模块，用以获取障碍物与所述图像获取单元的相对距离，并据此规划出躲避障碍物的行进路线以实现避障功能；

所述障碍物探测定位装置与所述智能体控制模块连接用以将获取障碍物与所述图像获取单元的相对距离传输至所述智能体控制模块。