[发明专利]利用单目摄像头实现无人机动态避障方法、装置及无人机

权利要求书

1.利用单目摄像头实现无人机动态避障方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过毫米波雷达模块检测到动态障碍物，并测量动态障碍物与无人机之间的距离；

由单目视觉模块采集视频，并通过图像处理的方法获得动态障碍物在像素坐标系下的坐标信息；

根据动态障碍物在像素坐标系下的坐标信息和相对于无人机的距离得到动态障碍物相对于无人机的位置信息；

利用动态障碍物相对于无人机位置信息随时间的变化规律，得到动态障碍物相对于无人机的速度；

根据无人机自身的速度和动态障碍物相对于无人机的速度，得出动态障碍物自身的速度；

根据动态障碍物自身的速度和相对于无人机的位置信息，推算出动态障碍物的运动轨迹；

将动态障碍物的运动轨迹同无人机自身的运动轨迹对比，判断是否发生碰撞；

根据是否发生碰撞的判断结果，选择是否调整飞行路径。

2.根据权利要求1所述的利用单目摄像头实现无人机动态避障方法，其特征在于，通过图像处理的方法获得动态障碍物在像素坐标系下的坐标信息的具体过程包括：

将广角摄像头拍摄的畸变视频进行畸变矫正，得到无畸变的视频数据；

对视频数据中的图像进行高斯滤波，改善明暗对比；

运用Canny边缘检测算法，获得图像中动态障碍物的边缘信息；

采用K-means聚类算法对边缘信息做聚类识别，进而得到动态障碍物在像素坐标系下的坐标信息。

3.根据权利要求1所述的利用单目摄像头实现无人机动态避障方法，其特征在于，得到动态障碍物相对于无人机的位置信息的具体过程包括：

在成像坐标系O_w-XYZ中，已知毫米波雷达的坐标为H(X₀,Y₀,Z₀)，单目视觉模块的摄像头光心坐标为C(0，0，L₀)，毫米波雷达与动态障碍物的距离为D，设动态障碍物点P的坐标为(X_P，Y_P，Z_P)；在像素坐标系o-xy下，已知动态障碍物的像点P`的坐标为(u，v)，设一个像素点的尺寸为d<sub>0</sub>，则动态障碍物的像点P`在成像坐标系O_w-XYZ中的坐标为(x`,y`,0)，其中O_w是位于成像平面最中心的点，x`和y`的值为下式：

其中，M和N分别表示成像平面的高和宽；

计算动态障碍物点P在成像坐标系O_w-XYZ中的坐标(X_P,Y_P,Z_P)，即动态障碍物点P相对于无人机的位置信息，计算公式如下：

4.根据权利要求1所述的利用单目摄像头实现无人机动态避障方法，其特征在于，得到动态障碍物相对于无人机的速度包括：

取T秒前动态障碍物相对于无人机的位置信息为坐标(X_T,Y_T,Z_T)，当前时刻动态障碍物相对于无人机的位置信息为坐标(X_D,Y_D,Z_D)；

根据当前时刻和T时刻的动态障碍物相对于无人机位置信息，可得T秒内动态障碍物相对于无人机的平均移动速度的大小为：

方向为

取当前时刻动态障碍物相对于无人机的速度为当前时刻前T秒内动态障碍物相对于无人机的平均移动速度。

5.根据权利要求1所述的利用单目摄像头实现无人机动态避障方法，其特征在于，判断是否发生碰撞的过程如下：

分别获取动态障碍物和无人机的运动轨迹；

判断动态障碍物与无人机在同一时间点的相对距离是否小于限值N米，如果判断结果为是，则根据动态障碍物和无人机的运动速度和方位，预测其碰撞点；如果判断结果为否，则在X秒后再次判断是否发生碰撞。

6.根据权利要求1所述的利用单目摄像头实现无人机动态避障方法，其特征在于，如果判断结果为无人机和动态障碍物将会发生碰撞，则通过栅格法局部调整无人机的飞行路径，避开预测的碰撞点。