本发明专利技术公开一种无人机3D全景视觉装置主要包括飞行器主体部分、3D全景视觉装置和飞行控制机地面站控制系统部分；3D全景视觉装置固定安装在所述的飞行器主体部分中部，3D全景视觉装置的中轴线与所述的飞行器主体部分的中轴线重叠；3D全景视觉装置包括全方位视觉传感器、全景激光光源和LED带光源；地面监视器根据无线通信网络传输过来的全景视频图像对无人机周边环境进行3D测量与3D建模处理。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人直升机、全景激光光源、全方位视觉传感器、无线传输以及计算机 视觉技术在无人机视觉等方面的应用，尤其涉及一种无人机3D全景视觉装置。
技术介绍
无人直升机航拍照片具有大比例尺、广视角、高现势性的优点。目前无人机航拍广 泛应用于军事侦察、国家生态环境保护、矿产资源勘探、海洋环境监测、土地利用调查、水资 源开发、农作物长势监测与估产、农业作业、自然灾害监测与评估、城市规划与市政管理、森 林病虫害防护与监测、公共安全、国防事业、数字地球以及广告摄影等领域，有着广阔的市 场需求。 当前无人机视觉上的研究，大多是利用无人机视觉进行避障，或者利用无人机视 觉进行飞行控制。但是，无人机航拍所获取的二维图像缺乏实际的几何数据，无法再现被测 物的3D实体几何数据；为了获取更详细，更准确的信息，需要对无人机所拍摄的图像进行 拼接以活动周围全景图像，另外还需要进行3D测量。目前基本上采用双目立体视觉的方式 来获取被测物的深度信息。近年来出现了一种直接测量物体深度的技术，如微软公司的深 度传感器，但是这种技术属于面扫描技术，要获取3D全景仍然存在着很大困难。无人机视 觉从2D图像走向3D图像，从某一个面走向360°全景是一个发展趋势，基于无人机航拍图 像的3D测量与3D全景重建技术在军事、民用和科学研究等方面都有着极其广阔的应用前 旦 〇 申请号为201410264745. 9的中国专利申请公开了一种基于无人机的航拍测绘装 置及图像校准方法，通过设置角度摄像头和坚直摄像头，可以同时提供斜角影像图和俯视 影像图；根据两个最终影像点之间的应然距离与两个原始影像点之间的实然距离的比值， 对原始影像图进行缩放，从而得到最终影像图。这种方法属于双目立体视觉的测量方式，该 方式除了 3D测量效率低以外，容易受到各种干扰，摄像机构复杂，计算复杂度高，在实用上 还存在着较大距离。 申请号为201110085596. 6的中国专利申请公开了一种无人机航拍视频实时全景 图拼接方法。利用视频采集卡采集由无人机通过微波通道实时传回基站的图像，对图像序 列进行关键帧选择，对关键帧进行图像增强；在图像拼接过程中，首先采用鲁棒性良好的 SURF特征检测方法对图像帧的特征检测和帧间匹配；又采用帧到全景的图像变换方式，减 少图像连乘累积误差，并结合无人机的GPS位置信息，确定飞行路径在时序上不相邻但在 空间上相邻的图像帧，优化帧到全景的变换关系，确定图像重叠区域，实现图像融合和全景 图的构建，实现了边飞边拼接的实时效果；在图像变换时，利用视域上相邻帧信息和空域相 邻帧信息，优化图像变换，获得准确的全景图。该案件实现的效果只是将局部图像拼接为全 景图像，未涉及到3D测量与3D重构。 申请号为201010297558. 2的中国专利文献公开了一种基于激光探测和图像识 别的无人直升机三维定位及测绘方法，包括了基于激光探测和图像识别的测距传感器、高 度传感器和飞行控制计算机，测距传感器由机载摄像机和激光发射器组成，用于探测无人 直升机距周围障碍物的距离，通过改变俯仰角和偏航角，测距传感器对无人直升机周围环 境进行探测并测距；高度传感器用于测量无人直升机距地面的飞行高度；根据在不同俯仰 角、航向角和飞行高度条件下测量得到的测距数据，实现无人直升机对未知环境的三维同 步定位及测绘。该案属于主动视觉对周围障碍物的检测，但是在检测过程中要不断改变俯 仰角、航向角和飞行高度，使得摄像机构复杂度增加，实时性降低；此外该案尚未涉及如何 应用主动式视觉对周围环境的3D重构。综上所述，在无人机航拍技术中，对于还原场景、目标的三维结构存在着如下若干 个棘手的问题：1)如何消除航拍过程中飞机本身的抖动、偏移、旋转等引起摄像机的摆动、 旋转对成像模型的不利影响；2)如何使得无人机以较低的速度甚至"悬停"并稳定地沿预 定航线飞行，来获得构建理想的3D模型的图像；3)如何使得无人机在不改变俯仰角、航向 角和飞行高度情况下能方便地获取飞行航线上的全景图像，使得无人机视觉装置简单化； 4)如何使得无人机能够适应各种复杂、狭小的环境，并且能实现悬停、侧飞等多种姿态飞 行，无人机的机身机械结构简单；5)如何对主动式全景视觉传感器进行微型化和轻量化设 计，有效减少无人机的负载量；6)如何进行场景及对象的快速3D测量，包括对飞行过程中 的障碍物的检测及避障；7)如何根据相同场景在多个成像上的内在约束关系重建目标三 维结构并进行精确测量；8)如何实现边飞行、边3D测量和边3D建模。
技术实现思路
为了克服已有的无人机视觉装置的自动化和智能化水平低、难以对周边场景及对 象进行快速3D测量、难以用视觉方式对周边障碍物进行快速检测与快速避障、周边环境的 三维建模困难等不足，本专利技术提供一种新型的无人机3D全景视觉装置，能够提高无人机视 觉装置的自动化和智能化水平，对无人机周边环境及物体对象进行快速3D视觉测量，并自 动实现三维建模。要实现上述
技术实现思路
，必须要解决几个核心问题：（1)适合于3D环境视觉测量与 3D建模的无人机的选型；（2)实现一种价格低廉、总体重量在无人机的负重能力范围内、具 有无线视频图像传输能力、并能快速并高精度获得实际物体深度信息的主动式全景视觉传 感器；（3)采用计算机视觉技术对周边环境的三维重建方法；(4)采用计算机视觉技术对周 边障碍物的检测与避障；（5)采用计算机视觉技术计算得到无人机的飞行轨迹。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是： 首先是无人机的选型，根据技术要点，本专利技术采用旋翼式无人机，该机型能实现 "悬停"动作并可以垂直起降，其机动性大大超过固定翼式无人机，非常适合在城市或室内 等的复杂狭窄空间或者在需要低速稳定飞行的场合下使用。 与传统的直升机相比，多旋翼无人机的结构更为紧凑，各个旋翼间可相互抵消反 扭力；由于采用了较小的旋翼，无人机可以飞至离目标更近的区域。多旋翼飞行器通过多个 旋翼转速的配合控制来实现多种姿态飞行的，多旋翼产生的推力可更有效的控制无人机的 飞行姿态。在航拍应用中，最基本的要求是无人机拍摄出的画面平稳清晰，便于后期的处理 以及为之后的三维重建提供优质的航拍素材。首先，无人机需要搭载高分辨率的3D全景视觉装置升空并完成飞行航线，这就要 求无人机具有一定的负载能力。 其次，在航拍过程中对无人机的飞行速度有较高的要求，常常需要无人机以较低 的速度甚至"悬停"并稳定地沿预定航线飞行，来获得理想的全景图像。而"悬停"以及低 速飞行正是多旋翼无人机所适合的，它较差的抗风性能可通过飞行控制器和相机云台加以 补偿。 针对航拍这一应用场合的特殊需求和各类型无人机的特点，最终选取四旋翼无人 机作为航拍无人机平台。 四旋翼无人机系统可分为飞行器主体部分、3D全景视觉装置和飞行控制机地面站 控制系统部分；3D全景视觉装置固定安装在飞行器主体部分中部，3D全景视觉装置的中轴 线与飞行器主体部分的中轴线重叠。 飞行器主体部分根据四旋翼飞行器的结构。考虑到机身自重、强度，机身采用全碳 纤结构，由中心板、机臂和起落架组成。中心板成正四边形，四个机臂分布于中心板四边形 的定点处。机身材料采用2. 0mm厚度3K全碳板加工而成，配合航空错合金管夹和本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无人机3D全景视觉装置，其特征在于：所述无人机3D全景视觉装置包括飞行器主体部分、3D全景视觉装置和飞行控制机地面站控制系统部分；所述的3D全景视觉装置固定安装在所述的飞行器主体部分中部，所述的3D全景视觉装置的中轴线与所述的飞行器主体部分的中轴线重叠；所述的飞行器主体部分采用四旋翼飞行器的结构；所述的3D全景视觉装置主要包括主动式全景视觉传感器、嵌入式设备和电源；所述的嵌入式设备包括图像获取模块和无线图像传输模块；主要功能是获取稳定、高清的场景航拍全景图像，并实时传输给所述的飞行控制机地面站控制系统部分；所述的主动式全景视觉传感器，其硬件包括：全方位视觉传感器、全景激光光源和LED带光源；所述的全方位视觉传感器与所述的全景激光光源中的部件采用塑料模具压制生产；所述的全方位视觉传感器包括凹圆弧镜面、凹圆弧镜面盖、透光玻璃、固定螺钉、外罩和摄像单元；所述的凹圆弧镜面的轴心线上开有一个螺纹孔；所述的透光玻璃的中心开有一个小孔；所述的外罩由两个半圆柱型相合而成，半圆柱型上的雌雄扣相配合；装配时首先将透光玻璃嵌入到一个半圆柱型的外罩中，然后对准两半圆柱型的雌雄扣，并在其各自外壁上施加外力使其合成为一个固定了透光玻璃的外罩；所述的外罩下部开有一个摄像镜头孔；接着用固定螺钉穿过所述的透光玻璃的小孔与凹圆弧镜面上的螺纹孔进行连接；所述的摄像单元的镜头固定在所述的外罩摄像镜头孔中；所述的凹圆弧镜面盖中心开有一个小孔；所述的全景激光光源，包括圆锥形镜面、透明外罩、圆圈形激光发射器和底座，圆圈形激光发射器固定在底座上，圆圈形激光发射器的发射光轴心线与底座轴心线一致，圆锥形镜面固定在透明外罩的一端，固定着圆圈形激光发射器的底座固定在透明外罩的另一端；圆圈形激光发射器发射出来的圆圈激光通过圆锥形镜面的反射产生垂直于轴心线的全景激光；所述的圆锥形镜面的背面开有一个螺纹孔；所述的全方位视觉传感器与所述的全景激光光源进行同轴固定连接，LED带光源环绕在所述的全方位视觉传感器的下固定座上；所述的3D全景视觉装置主要用于无人机周边环境及物体的3D测量和3D全景建模。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：汤一平，
申请(专利权)人：汤一平，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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