一种无人机避障方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无人机避障方法及系统，通过两个摄像头采集无人机前方环境的信息，得到的第一视频图像信息和第二视频图像信息，并以此得到前方环境的三维图像以及无人机与前方环境之间的距离；然后将该距离是否小于避障安全距离作为一个判断条件，将无人机在三维图像的视差图上的投影面积与障碍物的面积是否相交作为另一个判断条件，根据这两个判断条件来控制无人机保持正常飞行或者进行避障。与现有技术相比，本发明专利技术通过两个摄像头来对障碍物进行识别，对障碍物的反射能力没有要求，能够对障碍物进行准确识别，提高了无人机的安全性能；另外，摄像头体积小，重量轻，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无人机
，尤其涉及一种无人机避障方法及系统。
技术介绍
无人机(UnmannedAerialVehicle,简称UAV)以其重量轻、体积小、飞行灵活、价格便宜等优点，被广泛的应用于航空拍摄、资源勘探、地图测绘、货物运输、城市安全之中。然而，随着无人机的普及，一些安全问题也随之而来，无人机躲避障碍的能力十分重要，它不仅能保障无人机飞行的安全，更在一定程度上提高了无人机的智能化。完善实用的自主避障系统能够避免因操作失误而造成的财产损失和人身安全威胁，是无人机技术的重要研究方向之一，一套完善的避障系统是当今无人机的必备能力。传统的无人机避障系统一般采用超声波、激光以及雷达等传感器进行障碍物识别。然而，超声波和激光对障碍物的反射能力要求较高，遇到反射能力弱的障碍物就无法准确识别，存在一定的安全隐患。另外，雷达由于体积和重量大，不适合用于小型无人机。因此，如何提供一种解决上述问题的无人机避障方法及系统是本领域技术人员目前需要解决的问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种无人机避障方法及系统，通过两个摄像头来对障碍物进行识别，对障碍物的反射能力没有要求，能够对障碍物进行准确识别，提高了无人机的安全性能。一种基于双目视觉的无人机避障方法，包括以下步骤：步骤1：利用两个摄像头采集无人机前方环境的信息，得到第一视频图像信息和第二视频图像信息；步骤2：分别从第一视频图像信息中选取第一图像以及从第二视频图像信息中选取同一时刻的第二图像，并依据第一图像和第二图像得到前方环境的三维图像以及无人机与前方环境之间的距离；步骤3：判断无人机与前方环境之间的距离是否小于避障安全距离，如果小于，则前方环境中存在障碍物，并进入步骤4；否则，前方环境中无障碍物，并进入步骤6；步骤4：将无人机投影在三维图像的视差图上，并判断无人机的投影面积与所述障碍物的面积是否相交，如果是，进入步骤5，否则，进入步骤6；步骤5：生成并发送避障指令至无人机，并进入步骤7；步骤6：生成并发送正常飞行指令至无人机；步骤7：依据正常飞行指令控制无人机正常飞行或者依据避障指令控制无人机进行避障。一种基于双目视觉的无人机避障方法，步骤2中依据第一图像和第二图像得到前方环境的三维图像以及无人机与前方环境之间的距离的具体步骤为：步骤21：对第一图像和第二图像均进行滤波预处理，得到第一预处理图像和第二预处理图像；步骤22：依据两个摄像头之间的旋转矩阵、平移向量以及两个摄像头的畸变系数对第一预处理图像和第二预处理图像进行校正，得到视图像素行对准的第一校正图像和第二校正图像；其中两个摄像头之间的旋转矩阵、平移向量采用标准的2D或3D精密靶标，通过摄像头图像坐标与三维世界坐标的对应关系计算得到；同时，视图像素行对准为在计算机的处理过程中，使第一校正图像和第二校正图像的对极线恰好在同一水平线上；则对齐后一副图像上任意点与其在另一幅图像上的对应点必然具有相同的行号，只需在该行进行一维搜索即可匹配到对应点。整体减小了匹配的难度，减少了处理时间，增加了准确率；步骤23：对第一校正图像和第二校正图像进行基于灰度值的特征匹配，得到前方环境的第一校正图像与第二校正图像之间的视差值；其中基于灰度值的特征匹配具体为将第一校正图像和第二校正图像各点的灰度值做差，得到各点灰度值之差的绝对值之和，使该绝对值之和的最小点为第一校正图像和第二校正图像的匹配点，对应两个点的坐标之差为视差值；步骤24：依据第一校正图像与第二校正图像之间的视差值以及两个摄像头的焦距得到前方环境的三维图像以及无人机与前方环境之间的距离。其中距离为无人机与前方环境中第一个障碍物的距离。一种基于双目视觉的无人机避障方法，步骤4中将无人机投影在三维图像的视差图上的具体步骤为：将无人机按照投影关系式投影到三维图像的视差图上，其中，所述投影关系式为：其中α、β分别为摄像头的水平视场角和垂直视场角；D为避障安全阈值；m、n分别为无人机的长和高；u、v分别为视差图的图像分辨率的长和宽，单位为像素；a、b分别为无人机在视差图上的投影长和投影宽。一种基于双目视觉的无人机避障方法，步骤5中生成避障指令的具体步骤为：步骤51：以障碍物为圆心、预设威胁距离为半径的圆作为威胁圆；步骤52：以无人机质心为点向威胁圆做切线；步骤53：生成控制无人机按照切线作为避障轨迹飞行的避障指令。一种基于双目视觉的无人机避障方法的避障系统，包括双目视觉检测模块、通信模块、处理模块以及机载飞行控制模块；双目视觉检测模块包括两个摄像头，设置在无人机的上方，用于采集第一视频图像信息和第二视频图像信息；通信模块将第一视频图像信息和第二视频图像信息无线传送至处理模块；处理模块处理第一视频图像信息和第二视频图像信息并分别得到第一图像和第二图像，同时生成并发送正常飞行控制指令或避障指令至机载飞行控制模块；机载飞行控制模块根据正常飞行指令控制无人机正常飞行，或者根据据避障指令控制无人机进行避障。一种基于双目视觉的无人机避障方法的避障系统，处理模块具体包括基本信息生成单元和指令生成单元；基本信息生成单元依据第一图像和第二图像得到前方环境的三维图像以及无人机与前方环境之间的距离；指令生成单元用于判断无人机与前方环境之间的距离是否小于避障安全距离；同时根据无人机的投影面积与障碍物的面积是否相交来生成并发送正常飞行指令或者避障指令至机载飞行控制模块。一种基于双目视觉的无人机避障方法的避障系统，两个摄像头相互平行设置在无人机下方。一种基于双目视觉的无人机避障方法的避障系统，两个摄像头均为CCD摄像头。一种基于双目视觉的无人机避障方法的避障系统，通信模块为无线通信模块。一种基于双目视觉的无人机避障方法的避障系统，处理模块设置在地面。有益效果：1、本专利技术提供了一种无人机避障系统及方法，将无人机与前方环境之间的距离是否小于避障安全距离作为一个判断条件，无人机在三维图像的视差图上的投影面积与障碍物的面积是否相交作为另一个判断条件，从而确定是否控制无人机进行避障；本专利技术通过两个摄像头来对障碍物进行识别，对障碍物的反射能力没有要求，能够对障碍物进行准确识别，提高了无人机的安全性能；此外，摄像头体积小，重量轻，成本低。2、本专利技术的无人机避障方法通过图像采集环境信息，能够避免无线电、电磁的干扰。3、本专利技术的无人机避障系统适应性强，能够适应大部分环境。附图说明图1为本专利技术的无人机避障方法过程的流程图；图2为本专利技术的无人机避障系统的结构示意图；图3为本专利技术无人机图像投影障碍检测原理图；图4为本专利技术威胁圆避障策略示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。图1为本专利技术的一种基于无人机避障系统的避障方法过程的流程图，该方法具体步骤包括：步骤1：双目视觉检测模块采集无人机的前方环境的环境信息，得到第一视频图像信息和第二视频图像信息，其中，双目视觉检测模块包括两个摄像头；步骤2：通信模块将第一视频图像信息和第二视频图像信息无线传送至处理模块；步骤3：处理模块分别从第一视频图像信息中选取第一图像以及从第二视频图像信息中选取同一时刻的第二图像，并依据第一图像和第二图像得到前方环境的三维图像以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双目视觉的无人机避障方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：利用两个摄像头采集无人机前方环境的信息，得到第一视频图像信息和第二视频图像信息；步骤2：分别从第一视频图像信息中选取第一图像以及从第二视频图像信息中选取同一时刻的第二图像，并依据第一图像和第二图像得到前方环境的三维图像以及无人机与前方环境之间的距离；步骤3：判断无人机与前方环境之间的距离是否小于避障安全距离，如果小于，则前方环境中存在障碍物，并进入步骤4；否则，前方环境中无障碍物，并进入步骤6；步骤4：将无人机投影在三维图像的视差图上，并判断无人机的投影面积与所述障碍物的面积是否相交，如果是，进入步骤5，否则，进入步骤6；步骤5：生成并发送避障指令至无人机，并进入步骤7；步骤6：生成并发送正常飞行指令至无人机；步骤7：依据正常飞行指令控制无人机正常飞行或者依据避障指令控制无人机进行避障。

【技术特征摘要】
1.一种基于双目视觉的无人机避障方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：利用两个摄像头采集无人机前方环境的信息，得到第一视频图像信息和第二视频图像信息；步骤2：分别从第一视频图像信息中选取第一图像以及从第二视频图像信息中选取同一时刻的第二图像，并依据第一图像和第二图像得到前方环境的三维图像以及无人机与前方环境之间的距离；步骤3：判断无人机与前方环境之间的距离是否小于避障安全距离，如果小于，则前方环境中存在障碍物，并进入步骤4；否则，前方环境中无障碍物，并进入步骤6；步骤4：将无人机投影在三维图像的视差图上，并判断无人机的投影面积与所述障碍物的面积是否相交，如果是，进入步骤5，否则，进入步骤6；步骤5：生成并发送避障指令至无人机，并进入步骤7；步骤6：生成并发送正常飞行指令至无人机；步骤7：依据正常飞行指令控制无人机正常飞行或者依据避障指令控制无人机进行避障。2.如权利要求1所述的一种基于双目视觉的无人机避障方法，其特征在于，步骤2中，所述依据第一图像和第二图像得到前方环境的三维图像以及无人机与前方环境之间的距离的具体步骤为：步骤21：对第一图像和第二图像均进行滤波预处理，得到第一预处理图像和第二预处理图像；步骤22：依据两个摄像头之间的旋转矩阵、平移向量以及两个摄像头的畸变系数对第一预处理图像和第二预处理图像进行校正，得到视图像素行对准的第一校正图像和第二校正图像；步骤23：对第一校正图像和第二校正图像进行基于灰度值的特征匹配，得到前方环境的第一校正图像与第二校正图像之间的视差值；步骤24：依据第一校正图像与第二校正图像之间的视差值以及两个摄像头的焦距得到前方环境的三维图像以及无人机与前方环境之间的距离；所述距离为无人机与前方环境中第一个障碍物的距离。3.如权利要求1所述的一种基于双目视觉的无人机避障方法，其特征在于，步骤4中，所述将无人机投影在三维图像的视差图上的具体步骤为：将无人机按照投影关系式投影到三维图像的视差图上，其中，所述投影关系式为：a=m×uD×tanαb=n×vD×tanβ]]>其中α、β分别为摄像头的水平视场角和垂直视场角；D为避障安全阈值；m...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志红，陈杰，刘一杉，张晓龙，辛立伟，李新兴，梁丽，郑之，梅子杰，王铎，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11