[发明专利]一种无人机的视觉定位避障系统及其方法

说明书

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机的视觉定位避障系统及其方法，该系统包括在无人机上装载有双目视觉系统、传感器模块及飞行控制系统；该方法包括双目视觉系统获取无人机飞行环境的视觉信息，并经处理得到障碍物信息；传感器模块获取无人机的状态信息；飞行控制系统接收障碍物信息和无人机状态信息，建立飞行路径，生成飞行控制指令并向无人机发送；无人机根据飞行控制指令规避障碍物飞行。本发明将视觉信息与传感器模块信息相融合，感知飞行环境信息，进行飞行路径控制和路径规划以对障碍物进行规避，有效地解决了无人机视觉避障的问题，使其具备利用机载摄像机完成视觉避障的能力。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机的视觉定位避障系统及其方法。

背景技术

由于近年来微电子技术和传感器技术的发展，使得完全自主控制的无人飞行器的实现成为可能。目前自主飞行器设计的关键问题集中于信息获取，导航与远程控制系统设计。对于传统的高空飞行无人机，采用GPS与惯性测量单元(IMU)相结合的方法，可以获取相应的位置姿态，高度，航向信息，以实现飞行控制和路径点导航。但是对于主要应用于低空近地环境的微小型无人机，其飞行环境要复杂的多，因此飞行器不仅要估计自身的位姿，还要感知周围的实际环境。为了实现微小型无人机在低空环境的自主飞行，必需选择合适的传感器获取无人机位姿及周围环境信息。目前应用较多的传感器包括超声波传感器，激光雷达以及视觉相机等。由于微小无人机具有较为严格的载重约束和能源约束，使用相机作为传感器通过视觉的方法获取信息具有明显的优点。相机具有成本低，重量较轻，并且被动成像，包含飞行器运动和周围环境的大量信息。由于GPS信号在杂乱的低空环境和室内稳定性较差，因此很多试验系统不使用GPS信号。

视觉方法在微小型无人机系统得到了广发的应用。例如南加州大学基于视觉实现无人机的自动降落，基于视觉的反馈控制，基于光流算法的视觉避障等。视觉算法主要包括基本的特征识别跟踪，光流场计算，以及视觉定位和环境实时绘图等。MITACL在室内未知环境下基于视觉的四旋翼飞行器控制和导航的研究，分析说明了视觉方法在小型无人机自主控制方面的应用。

尽管计算机视觉经过几十年的发展，一些算法已经相当成熟，但是无人机作为一个全新的应用平台，会有较多的实际问题有待解决，比如由于飞行震动引起的图形模糊，因飞行速度较快需要视觉处理算法有较强的实时性等，同时由于无人机载重量和计算能力的约束，导致在现有的条件下尽量多和全面的提取出飞行器自身姿态和周围境信息比较困难。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种无人机的视觉定位避障系统及其方法，该检测系统能够在满足无人机对功耗及载重的需求前提下，获得实时的较高精度的飞行环境三维信息从而实现视觉定位和避障。

发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无人机的视觉定位避障系统，无人机，在无人机上装载有双目视觉系统、传感器模块及飞行控制系统；

所述双目视觉系统由两台机载摄像机、视觉采集处理单元构成，所述两台机载摄像机用于获取无人机的视觉信息，所述视觉采集处理单元处理视觉数据建立三维飞行环境信息，该视觉采集处理单元由完成图像的并行算法的现场可编程门阵列FPGA模块和完成图像的串行算法以及结果发布的嵌入式处理器ARM模块构成；

所述传感器模块包含惯性测量单元IMU、全球定位系统GPS、磁罗盘及气压计；所述飞行控制系统接收来自于双目视觉系统及传感器模块的视觉信息和无人机飞行状态数据，通过融合处理生成飞行控制指令，用于控制无人机飞行；所述无人机根据飞行控制系统的飞行控制指令进行飞行，实现对障碍物规避飞行功能。