[发明专利]基于双目视觉与IMU相结合的无人机避障方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于双目视觉与IMU相结合的无人机避障方法，该方法包括：一，获取无人机前方障碍物的实时位置信息；二，获取无人机在当前方向上的最大可飞区域；三，对最大可飞区域进行判断，如果最大可飞区域属于安全飞行区域，调整无人机航向直至完成避障；如果不属于安全飞行区域，云台转动以调整双目相机位置，重复步骤一至三，直至最大可飞区域属于安全飞行区域，调整无人机航向直至无人机完成避障；四，判断云台是否有转动，如果云台存在转动动作，根据IMU模块记录的相机偏转角控制无人机恢复至初始航向，云台回转至初始位置，完成无人机的避障飞行。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中无人机避障效率低且局限性大的技术问题。

技术领域

本发明涉及无人机避障技术领域，尤其涉及一种基于双目视觉与IMU相结合的无人机避障方法及系统。

背景技术

现在技术的飞速发展方便了人们的各种活动，小型无人机由于使用方便，应用广泛，容易携带，有了极大的发展，但在小型无人机飞行过程中，由于低空中影响飞行的障碍物较多，并且有各种不可控的因素，使无人机在遇到障碍物时，操控人员来不及做出反应，这就需要小型无人机具备自主的避障功能，以保证飞行安全，并且减少操控人员的操控难度。所以小型无人机的避障是小型无人机智能飞行的一个重要方面。

由于小型无人机带载能力有限，造成小型无人机可利用的传感器不多，所以也限制了小型无人机的避障策略。在无人机避障中目前常用的传感器有基于红外线、超声波、可见光相机、ToF相机和激光雷达等方案。红外线和超声波传感器只能获得特定方向的距离信息，并且均为主动式传感器，对反射的障碍物有要求，并且多个传感器还容易相互干扰；ToF相机虽然可以得到三维的信息，但目前ToF相机价格较高，功耗较高，而且可能会由于反射被干扰；激光雷达不仅功耗高，体积大，而且一般应用在地面机器人；双目相机价格便宜，功耗不高，可以得到物体的三维位置信息，而且测距和精度满足小型无人机的避障需求。目前小型无人机避障中应用比较多的是双目摄像头。

由于双目相机的优势，所以目前形成了多种基于双目视觉的小型无人机避障方案，具体有Hrabar利用立体匹配检测无人机前方障碍物，并利用光流法检测无人机两侧障碍物(Hrabar S,Sukhatme G S,Corke P,et al.Combined optic-flow and stereo-basednavigation of urban canyons for a UAV[C].intelligent robots and systems,2005:3309-3316)；Richard在无人机上利用双目相机进行障碍物检测，并协助无人机着陆(MooreR J,Thurrowgood S,Bland D,et al.A stereo vision system for UAV guidance[C].intelligent robots and systems,2009:3386-3391)；Abraham在无人机上利用双目相机、IMU及激光测距仪完成无人机定位与避障(Bachrach A G.Autonomous flight inunstructured and unknown indoor environments[D].Massachusetts Institute ofTechnology,2009.)；苏东利用一种半全局双目匹配算法实现无人机的避障方案(苏东.基于双目视觉的小型无人飞行器的导航与避障[D].电子科技大学,2014)。在双目视觉的避障中，一个重要的技术是双目立体匹配，根据匹配视差图的稠密度可分为稀疏立体匹配与稠密立体匹配(常侃侃.船载视频中海上目标的双目视觉定位方法研究[D].大连海事大学,2016)；根据累积匹配代价最优化方式不同，双目匹配可分为局部匹配、半全局匹配和全局匹配(Hirschmuller H.Stereo Vision in Structured Environments by ConsistentSemi-Global Matching[C].computer vision and pattern recognition,2006:2386-2393)。

然而，针对现有技术中常见的小型无人机避障方案而言，其存在如下问题。