[发明专利]一种基于近红外信标的相对位姿测量系统及方法

说明书

本发明提供一种基于近红外信标的相对位姿测量系统与方法。该系统包括：图像采集装置获取清洁装置的图像序列；检测装置接收图像序列的多个图像帧并检测每一帧的近红外信标特征点；匹配装置将所检测的近红外信标特征点与根据上一个相对位姿预测的近红外信标特征点进行匹配；输出装置根据匹配结果对当前相对位姿进行优化。相比于现有技术，本发明基于特定结构的近红外信标，以图像序列作为输入，通过提取每一帧图像中的近红外信标特征点并且与上一个相对位姿预测的近红外信标特征点进行特征点匹配，如此一来，藉由近红外信标特征点的预测机制，可提升计算速度，最终实现对清洁装置的高精度识别、实时跟踪与维护。

技术领域

本发明涉及一种空中无人系统及相对位姿的测量技术，尤其涉及一种基于近红外信标的相对位姿测量系统及方法。

背景技术

在现有技术中，无人机(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)自问世以来就受到人们广泛地关注，随着科学技术的进步，无人机已经应用到了诸如地形探测、灾难检测、空中侦察等多个方面。此外，现有的城市高楼林立，楼层可高达近百米，其中的外墙壁面材质主要是玻璃、瓷砖等。对于壁面的清洁，目前这些工作大部分仍由清洁工作人员通过吊线、吊绳等方式开展工作，不仅比较危险而且清洁效率低。再者，这些高空作业无法充分保证人身安全且极有可能对壁面有较大的威胁性。现有的移动式清洁机器人，如悬吊式清洁机器人和爬壁机器人等，在吸附方式、移动方式等方面存在着速度慢、结构复杂、适应能力较差等问题。与此同时，无人机系统也需要适应非结构化环境，如光照变化、强光反射等动态场景。因此，有必要开发一种无人机的相对位姿测量方法，结合清洁系统等系统组件，实现自动化清洁。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种基于近红外信标的相对位姿测量系统及方法，可以实时地计算得到出无人机与清洁装置之间的六自由度相对位姿。

依据本发明的一个方面，提供了一种基于近红外信标的相对位姿测量系统，用来测量无人机与清洁装置之间的相对位姿，该相对位姿测量系统包括：

图像采集装置，用于获取所述清洁装置的图像序列，其中，所述图像采集装置为近红外相机，所述清洁装置包括多个近红外信标，所述图像序列包括多个图像帧；

检测装置，与图像采集装置相连，用于接收所述图像序列的多个图像帧，并检测每一帧图像中的近红外信标特征点；

匹配装置，用于将所述检测装置的近红外信标特征点与根据上一个相对位姿预测的近红外信标特征点进行匹配；以及

输出装置，与所述匹配装置相连，所述输出装置根据所述匹配装置输出的匹配结果对所述无人机与所述清洁装置之间的当前相对位姿进行优化，并输出相对位姿的各个参数。

在其中的一实施例，所述近红外信标采用不同波段的LED发光二极管。

在其中的一实施例，所述近红外相机的波段范围介于800nm～1300nm。

在其中的一实施例，所述近红外信标的数量为4～6，分布式安装于所述清洁装置的本体。

在其中的一实施例，所述无人机根据所述相对位姿测量系统测量得到的相对位姿，将所述清洁装置送至墙壁、光热板或光伏板表面，并由所述清洁装置的清洁机器人进行自主清洁。

依据本发明的另一个方面，提供一种基于近红外信标的相对位姿测量方法，用来测量无人机与清洁装置之间的相对位姿，该相对位姿测量方法包括以下步骤：

提供一无人机，所述无人机包括图像采集装置，该图像采集装置为近红外相机；

提供一清洁装置，所述清洁装置包括清洁机器人以及多个近红外信标，其中所述近红外信标固定安装于所述清洁机器人；

获取所述清洁装置的图像序列，该图像序列包括多个图像帧；