[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

说明书

本发明提供一种利用单目摄像头实现无人机动态避障方法、装置及无人机，其中方法包括：通过毫米波雷达模块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，获得动态障碍物在像素坐标系下的坐标信息；得到动态障碍物相对于无人机的位置信息；得到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；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。本发明可达到无人机在复杂环境中对动态障碍物自动规避，实现无人机飞行过程安全监控，降低硬件成本，提高无人机的飞行安全性。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及电力巡检中利用单目摄像头实现无人机动态避障方法、装置及无人机。

背景技术

随着国家电力方面的发展，我国的电力线路越来越长，这对传统的人工巡检有着很大的挑战。伴随着无人机的异军突起，凭借其体积小、易部署和经济效益高等优势，在电力巡检中广泛应用，其中能自主飞行的电力巡检无人机成为了当下发展的新潮流。无人机在低空区域飞行时，存在着多种不确定因素，如鸟类、其他无人机等运动目标威胁。减少无人机撞上动态障碍物而引发炸机事故的关键，就是通过采集飞行数据和视频，让无人机具备自主避开飞行航迹中的动态障碍物的能力。因此，实现自主避障成为了电力巡检无人机自主安全飞行的一个重要条件。

目前，传统无人机普遍使用具有障碍物检测功能的传感器用于避障，其类型主要有超声波、雷达、激光、红外线等。伴随着深度学习的迅速发展，计算机视觉已经部署在各种应用场景，其中利用目标检测技术可以大幅提高感知能力。

中国专利申请公开号为CN113110562A，发明名称为“一种基于多个广角摄像头的无人机避障装置及其避障方法”，通过位于机身不同位置的广角摄像头获得场景中静态障碍物与自身的位置信息并进行避障。中国专利申请公开号为CN113419555A，发明名称为“一种基于单目视觉的无人机低功耗自主避障方法及系统”，提出一个低功耗自主避障算法,先设计一个轻量化的卷积神经网络用于从单目图像中预测障碍物距离,并设计控制算法将距离转化为无人机控制指令用来控制无人机的避障飞行。上述两种公开的技术，均是通过单目视觉测量障碍物深度进行避障，但只是针对静态障碍物进行设计的，但由于环境的复杂多变性，静态的避障寻路已经不能满足时刻变化的复杂环境。

中国专利申请公开号为CN110209184A，发明名称为“一种基于双目视觉系统的无人机避障方法”，通过双目视觉系统获得图像信息后得到深度图信息，与预先设定的阈值距离作比较后发出不同指令，无人机在准确的时机完成避障。中国专利申请公开号为CN113485450A，发明名称为“一种基于计算机视觉的无人机避障系统”，利用双目摄像头和毫米波雷达实现对动态障碍物的探测并自动规避。这两种现有技术的方案是利用双目视差信息得到环境深度信息,从而生成环境三维地图实现避障效果。但双目避障技术有效探测视野狭窄,双摄像头需要搭配处理双目视频数据的芯片,导致成本较高。

发明内容

本发明公开一种利用单目摄像头实现无人机动态避障方法、装置及无人机，可以解决现有技术中针对静态障碍物进行设计，不能满足时刻变化的复杂环境的问题，还可以解决双目避障技术有效探测视野狭窄，成本较高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种利用单目摄像头实现无人机动态避障方法，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；