障碍物探测定位装置及避障系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种障碍物探测定位装置，包括图像获取单元，用以获取障碍物行进前方的场景图像；图像处理单元，用以由图像获取单元获取得到的场景图像中采集序列图像，并从序列图像中提取出光流，最终根据光流得出障碍物与图像获取单元的相对距离；图像获取单元与图像处理单元均设置于获取场景图像的位置处。本发明专利技术还提供了一种避障系统，包括上述的障碍物探测定位装置，用以获取障碍物与图像获取单元的相对距离；智能体控制模块，用以获取障碍物与图像获取单元的相对距离，并据此规划出躲避障碍物的行进路线以实现避障功能。采用本发明专利技术的技术方案能够实现基于图像的障碍物探测定位，在图像采集的位置处进行图像信息的采集、光流的提取。

Obstacle detecting positioning device and obstacle avoidance system

The present invention provides an obstacle detection positioning device comprises an image acquisition unit, using scene images to obtain the obstacle ahead; the image processing unit, image acquisition sequence of scene images by the image acquiring unit acquires the image sequence, and extracted from the optical flow, finally obtained according to the relative distance of optical flow barriers with the image acquisition unit; position image acquisition unit and image processing unit are set to obtain the image of the scene. The invention also provides a system for obstacle avoidance, including the obstacle detection and positioning device, using the relative distance to obtain the obstacle and the image acquisition unit; intelligent control module, using the relative distance to obtain the obstacle and the image acquisition unit, and the planning of obstacle avoidance route to achieve obstacle barrier function. The technical proposal of the invention can realize the detection and positioning of obstacles based on images, and acquire the image information and the extraction of the optical flow at the position of the image acquisition.

【技术实现步骤摘要】
障碍物探测定位装置及避障系统
本专利技术涉及机器视觉应用
，特别涉及一种障碍物探测定位装置及采用了该障碍物探测定位装置的避障系统。
技术介绍
光流指时变图像中亮度或者灰度在成像平面上的运动。动物(尤其是昆虫)在移动时，周围环境会在视网膜上形成图像序列，图像序列的连续变化造成视网膜上亮度的“流动”，因此形象地称这种图像亮度在二维成像平面上的运动为光流。相对运动是光流产生的必要条件，生物研究结果表明昆虫就是利用光流进行导航、飞行和着陆的，这表明光流中包含有丰富的三维运动和场景信息。在光流应用
国内外相继开展了大量研究，主要集中在移动目标检测与跟踪、机器人视觉导航与避障、飞行器低空地形跟随飞行控制等方向，初步具备了向工程应用转化的基础。在光流应用算法研究和开发中，由于光流提取算法计算量较大，因此通常是将智能体携带的摄像机采集的序列图像通过无线链路回传到地面计算机进行光流解算，这在一定程度上限制了光流应用的工程化转化。并且，PX4光流传感器作为当下新兴的一种基于图像光流应用的硬件系统，其可以与超声测距器件一同使用，测量微小型飞行器的下视光流，辅助实现无GPS条件下的定点飞行，该技术已应用于Ar.drone四旋翼飞行器，并且PX4光流传感器还可以与开源飞控Pixhawk兼容使用，但由于成像单元少、测量覆盖范围及距离也很小，无法适应前视远距离大范围探测的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够在图像采集现场提取光流并据此实现基于图像的障碍物探测定位的障碍物探测定位装置及采用了该障碍物探测定位装置的避障系统。为解决上述问题，本专利技术提出一种障碍物探测定位装置，该装置包括：图像获取单元，用以获取障碍物行进前方的场景图像；图像处理单元，用以由所述图像获取单元获取得到的场景图像中采集序列图像，并从所述序列图像中提取出光流，最终根据所述光流得出障碍物与所述图像获取单元的相对距离；所述图像获取单元与所述图像处理单元连接用以将包含有障碍物的场景的图像信息传输至所述图像处理单元；所述图像获取单元与所述图像处理单元均设置于获取场景图像的位置处。优选的，所述障碍物探测定位装置与地面监测控制工作站连接用以将障碍物与所述图像获取单元的相对距离传递至所述地面监测控制工作站。优选的，所述障碍物探测定位装置中设置有无线网卡，所述障碍物探测定位装置与所述地面监测控制工作站无线连接。优选的，所述地面监测控制工作站通过无线网卡无线远程登陆控制所述图像处理单元。优选的，本专利技术的障碍物探测定位装置还包括移动电源，所述移动电源分别与所述图像获取单元以及图像处理单元连接以提供电源，具体的，所述移动电源与所述图像获取单元以及图像处理单元之间均可以采用MicroUSB供电。优选的，所述图像获取单元包括摄像机；所述图像处理单元包括Pcduino微型计算机、搭载的Linux操作系统以及Opencv应用层软件Opencv应用层软件。优选的，所述图像处理单元中应用层软件包括：序列图像采集模块，用以采集所述图像获取单元获取得到的场景图像中的序列图像；校正模块，用以校正所述序列图像采集模块采集到的序列图像并滤除噪声；光流估计模块，用以获取并提取出经所述校正模块校正后的序列图像中的光流；深度估计模块，用以获取障碍物与图像获取单元之间的相对距离。优选的，所述模块序列图像采集模块读取的各所述序列图像之间为固定的时间间隔，且该时间间隔可以由工作人员结合实际进行设定，并预设于Opencv应用层软件中。优选的，所述校正模块的滤除噪声采用高斯滤波方法；所述光流估计模块提取光流采用二项式拟合方法；所述深度估计模块根据膨胀中心(FOE)及剩余碰撞时间(TTC)进行。本专利技术还提供了一种避障系统，包括：上述的障碍物探测定位装置，用以获取障碍物与所述图像获取单元的相对距离；智能体控制模块，用以获取障碍物与所述图像获取单元的相对距离，并据此规划出躲避障碍物的行进路线以实现避障功能；所述障碍物探测定位装置与所述智能体控制模块连接用以将获取障碍物与所述图像获取单元的相对距离传输至所述智能体控制模块。采用本专利技术的障碍物探测定位装置及采用了该障碍物探测定位装置的避障系统能够在图像采集的位置处进行图像信息的采集、光流的提取，并最终根据该光流得出障碍物与所述图像获取单元的相对距离，实现基于图像的障碍物探测定位。由于Pcduino微型计算机的采用，使得本专利技术的障碍物探测定位装置质量轻、体积小、适应性强，可直接安装到机器人、无人车、无人飞行器上进行前期的数据采集及积累并以此作为基础实现导航、避障、目标跟踪功能，提高智能体基于视觉的自主和智能化水平；并且可以在Pcduino微型计算机上运行Opencv应用层软件，不但成本低、易获取而且易操作。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例1中本专利技术障碍物探测定位装置的原理框图。图2为实施例1中本专利技术避障系统的原理框图。图3为实施例1中图像获取单元获取的场景图像。图4为实施例1中图像处理单元提取出的光流示意图。图5为图4中障碍物与所述图像获取单元的相对距离说明图。具体实施方式下面参照附图来说明本专利技术的实施例。在本专利技术的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或者更多个其他附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚目的，附图和说明中省略了与本专利技术无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。本专利技术提供了一种障碍物探测定位装置，该障碍物探测定位装置包括：图像获取单元，用以获取障碍物行进前方的场景图像；图像处理单元，用以由图像获取单元获取得到的场景图像中采集序列图像，并从序列图像中提取出光流，最终根据光流得出障碍物与图像获取单元的相对距离；上述的图像获取单元与图像处理单元连接用以将包含有障碍物的场景的图像信息传输至图像处理单元；图像获取单元与图像处理单元均设置于获取场景图像的位置处。作为一种优选的实施方式，可以将障碍物探测定位装置与地面监测控制工作站连接用以将障碍物与图像获取单元的相对距离传递至地面监测控制工作站。在障碍物探测定位装置中设置无线网卡，将障碍物探测定位装置与地面监测控制工作站无线连接，同时，地面监测控制工作站通过无线网卡无线远程登陆控制图像处理单元。还可以在本专利技术的障碍物探测定位装置中设置移动电源，并将移动电源分别与图像获取单元以及图像处理单元连接以提供电源，具体的，移动电源与图像获取单元以及图像处理单元之间均可以采用MicroUSB供电。图像获取单元包括摄像机；图像处理单元包括Pcduino微型计算机、搭载的Linux操作系统以及Opencv应用层软件Opencv应用层软件。摄像机可以通过USB接口与Pcduino微型计算机连接。为了实现图像信息的采集、光流的提取以及障碍物与图像获取单元的相对距离的获取，可图像处理单元的Opencv应用层软件中分别设置用以采集图像获取单元获取得到的场景图像中的序列图像的序列图像采集模块；用以校正序列图像采集模块采集到的序列图像并滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种障碍物探测定位装置，其特征在于，包括：图像获取单元，用以获取障碍物行进前方的场景图像；图像处理单元，用以由所述图像获取单元获取得到的场景图像中采集序列图像，并从所述序列图像中提取出光流，最终根据所述光流得出障碍物与所述图像获取单元的相对距离；所述图像获取单元与所述图像处理单元连接用以将包含有障碍物的场景的图像信息传输至所述图像处理单元；所述图像获取单元与所述图像处理单元均设置于获取场景图像的位置处。

【技术特征摘要】
1.一种障碍物探测定位装置，其特征在于，包括：图像获取单元，用以获取障碍物行进前方的场景图像；图像处理单元，用以由所述图像获取单元获取得到的场景图像中采集序列图像，并从所述序列图像中提取出光流，最终根据所述光流得出障碍物与所述图像获取单元的相对距离；所述图像获取单元与所述图像处理单元连接用以将包含有障碍物的场景的图像信息传输至所述图像处理单元；所述图像获取单元与所述图像处理单元均设置于获取场景图像的位置处。2.根据权利要求1所述的障碍物探测定位装置，其特征在于：所述障碍物探测定位装置与地面监测控制工作站连接用以将障碍物与所述图像获取单元的相对距离传递至所述地面监测控制工作站。3.根据权利要求2所述的障碍物探测定位装置，其特征在于：所述障碍物探测定位装置中设置有无线网卡，所述障碍物探测定位装置与所述地面监测控制工作站无线连接。4.根据权利要求3所述的障碍物探测定位装置，其特征在于：所述地面监测控制工作站通过无线网卡无线远程登陆控制所述图像处理单元。5.根据权利要求1所述的障碍物探测定位装置，其特征在于：还包括移动电源，所述移动电源分别与所述图像获取单元以及图像处理单元连接以提供电源。6.根据权利要求1至5中任一项所述的障碍物探测定位装置，其特征在于：所述图像获取单元包括摄像机；所述图像处理单元包括Pcd...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏东辉，徐骋，尹明新，周中凯，
申请(专利权)人：北京机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11