[发明专利]使用光流测量障碍物距离的系统

说明书

本发明涉及一种用于测量障碍物(14)的距离的系统，其中在沿着与障碍物相交的平面中的圆周(12)旋转的同时径向测量光流；并且根据光流的幅度、圆周的半径和旋转速度确定障碍物的距离。

技术领域

本发明涉及使用光流技术的障碍物检测系统，特别是用于飞机。

背景技术

在用于无人机的防撞系统中通常考虑光流技术。例如，Laurent Muratet等人的文章，A Contribution to Vision-Based Autonomous Helicopter Flight in UrbanEnvironments(Robotics and Autonomous Systems,Volume 50,Issue 4,Pages 195-209,March 31,2005)，和Simon Zingg等人的文章,MAV Navigation Through IndoorCorridors Using Optical Flow(ICRA 2010)，提出了通过均衡由在位移方向上取向的相机拍摄的图像的边带的光流来引导建筑物之间的无人机。因此，在不计算绝对速度或距离的情况下，定性地或差别地使用图像的光流。

图1A示出了根据这些文章中提出的配置，在无人机在建筑物之间的移动期间由前置相机拍摄的图像。在图像右侧可见的近处建筑物生成光流(由向右箭头表示)，该光流大于出现在图像左侧的远处建筑物的光流。对该图像的光流的瞬时观察倾向于指示需要转向左侧以减少右侧的光流。

图1B示出了当相机面对占据整个视野的平坦的前方障碍物(立面)时获得的光流。光流从中心径向增加，中心区域中的流量为零。只有当障碍物的图像充分延伸超出中心区域时，这种流场才能用于避免碰撞，使得光流可测量。如果障碍物较小且在行进轴上，则可能仍然不可检测。

为了确定与光流的距离，已知应该使用线性行进分量，而由传感器提供的原始光流值还包括应该被补偿的旋转分量。待补偿的旋转分量可以通过安装在飞机中的陀螺仪系统来测量。

因此，光流通常不用于定量测量距离。然而，在一些车辆中，光流用于以定量方式提供速率，例如飞机的地面速率。为了计算速率，系统需要距观察的物体的距离(例如飞行高度)，该值是已知的或由另一传感器(例如高度计)向系统供应。

发明内容

为了根据本发明测量障碍物的距离，可以在沿着与障碍物相交的平面中的圆周旋转的同时径向测量光流；并且根据光流的幅度、圆周的半径和旋转速率确定障碍物的距离。

这可以通过提供一种用于测量障碍物距离的装置来实现，该装置包括：安装在物体上的旋转元件，该旋转元件被配置成以可确定的旋转速率连续旋转；以及光流传感器，该光流传感器被配置成测量在旋转元件的偏心点处的光流。

光流传感器可以被配置成径向或轴向地测量光流。

该装置可以包括用于光流传感器的操作电路，其被配置成从在旋转元件的转动期间测量的光流的最大值、测量点的偏心率和旋转速率来确定障碍物的距离。

操作电路可以被配置成从旋转元件的角位置确定障碍物的取向，在该角位置处测量最大光流。

光流传感器可以是局部运动传感器。然后，光流传感器可以包括偏心地安装在旋转元件上的光学系统、在旋转元件的旋转中心附近偏移的光电传感器，以及将光学系统连接到光电传感器的光纤。

可以选择旋转速率和偏心率值，使得它们导致在装置的使用期间产生的可忽略的其他速度分量。

直升机旋翼桨叶可提供有上述类型的测量装置，光流传感器被配置成测量在桨叶远端处的光流。

附图说明

从以下仅出于示例性目的而提供的并在附图中表示的本发明特定实施例的描述中，其他优点和特征将变得更加清楚，其中：

图1A和1B是如前所述的用于利用光流的图像；