一种无人机飞行速度的测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机飞行速度的测量方法，包括：S1：获取图像信息，并做灰度化处理，获取图像灰度图；S2：采用金字塔光流算法获取光流速度，根据所述光流速度和无人机的高度数据获取无人机的飞行速度；S3：更新图像灰度图，同时判断所述飞行速度是否大于第一阈值；S4：当所述飞行速度大于第一阈值，转换至块匹配光流算法获取光流速度，反之，继续使用所述金字塔光流算法获取光流速度；S5：根据步骤S4中所述光流速度和无人机的高度数据获取无人机的飞行速度；S6：循环步骤S3‑S5。通过上述方式，本发明专利技术能够提高无人机飞行速度测量的准确度、精度和计算速度。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机飞行速度的测量方法及装置
本专利技术涉及无人机
，特别是涉及一种无人机飞行速度的测量方法及装置。
技术介绍
无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。一般情况下，采用GPS定位系统与惯性测量系统相结合的方式来实现无人机的飞行控制，在无GPS的情况下，则需要获取无人机的飞行速度来控制无人机的飞行状态。目前，在无GPS的情况下，借助安装于无人机底部的摄像头采集图像数据，然后采用金字塔光流算法或块匹配光流算法计算两帧图像的运动矢量，进而得到光流速度，最后根据高度测量传感器获取高度和光流速度即可计算得到无人机的飞行速度。在现有技术中，块匹配方法最小只能测量一个像素的精度，当无人机以较低的速度移动时计算不出实际的飞行速度；金字塔光流算法适用于小运动，图像随时间的运动比较缓慢，当无人机以较高的速度移动时，计算速度缓慢，并且速度测量范围较小，无法满足实际应用情况。因此，如何更精确、更快地测量无人机飞行速度成为本领域技术人员要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种无人机飞行速度的测量方法及装置，实现更精确、计算速度更快的无人机飞行速度的测量。为了解决上述技术问题，本专利技术包括以下技术方案：提供一种无人机飞行速度的测量方法，所述方法包括：S1：获取图像信息，并做灰度化处理，获取图像灰度图；S2：采用金字塔光流算法获取光流速度，根据所述光流速度和无人机的高度数据获取无人机的飞行速度；S3：更新图像灰度图，同时判断所述飞行速度是否大于第一阈值；S4：当所述飞行速度大于第一阈值，转换至块匹配光流算法获取光流速度；反之，继续使用所述金字塔光流算法获取光流速度；S5：根据步骤S4中所述光流速度和无人机的高度数据获取无人机的飞行速度；S6：循环步骤S3-S5。进一步地，所述步骤S3中的第一阈值由如下公式得出：Vmax＝HWNFfps/F其中，Vmax为第一阈值；H为无人机飞行的相对高度值；W为金字塔光流算法测量的最大宽度；N为单个像素的宽度；Ffps为图像频率；F为图像传感器镜头的焦距值。进一步地，所述步骤S4中块匹配光流算法获取光流速度的具体步骤为：(1)获取前后两帧图像灰度图，从当前帧图像灰度图中随机选取待匹配块；(2)根据匹配准则从后一帧图像灰度图内搜索与当前帧图像灰度图中所述待匹配块对应的搜索块，并获取所述搜索块相对于所述待匹配块的位置信息变化情况；(3)进一步基于匹配准则以及所获取搜索块的位置信息找出待匹配块在后一帧图像灰度图中匹配度最好的匹配位置；(4)根据匹配位置相对于待匹配块的位置信息变化情况得到光流向量，通过差分，获取光流速度。进一步地，所述步骤(3)具体为：将所述待匹配块和搜索块分别分割成对应的多个小像素块，分别对应建立以一个小像素块为中心的周围8个方向的搜索区域；分别获取所述搜索块内所有小像素块与待匹配块中对应的小像素块的8个方向的灰度差值；将所有小像素块对应的8个方向的灰度差值进行加权平均，得出灰度差值最大的方向，即为匹配位置相对于所述搜索块的偏移方向；求取所述匹配位置相对于搜索块的水平方向偏移量以及垂直方向偏移量，从而获取匹配位置相对于待匹配块的位置信息变化情况。进一步地，所述步骤S2中采用金字塔光流算法获取光流速度的具体步骤为：对获取的前后两帧图像灰度图进行金字塔分层；从当前帧图像灰度图中提取特征点；根据所述当前帧图像灰度图的特征点从所述后一帧图像中搜索对应的特征点；根据所述当前帧图像的最顶层图像的特征点和所述后一帧图像的最顶层图像相对应的特征点获取特征点在顶层图像层中的速度；依次获取所述特征点在分层后其它各图层中的速度，金字塔最底层的图像层中的特征点速度即为光流速度。进一步地，所述的无人机飞行速度的测量方法，步骤S2和S3之间还包括以下步骤：判断图像频率是否满足预设条件，所述图像频率满足预设条件，则执行步骤S3。进一步地，所述图像频率不满足预设条件时，还包括以下步骤：A.更新图像灰度图，并进一步判断所述飞行速度是否大于第二阈值；B.当所述飞行速度大于所述第二阈值，则使用金字塔光流算法获取光流速度；反之，则使用块匹配光流算法获取光流速度；C.根据所述光流速度和无人机的高度数据获取无人机的飞行速度；D.循环步骤A-C。本专利技术还提供了一种无人机飞行速度的测量装置，包括：图像传感器，用于获取图像；高度传感器，用于采集无人机的相对高度数据；处理器，与所述图像传感器/所述陀螺仪和所述高度测量仪均电性连接，所述处理器用于执行计算机指令以对图像传感器获取的图像信息进行灰度化处理，获取图像灰度图，采用金字塔光流算法获取光流速度，根据所述光流速度和无人机的高度数据获取无人机的飞行速度，更新图像灰度图，同时判断所述飞行速度是否大于第一阈值，当所述飞行速度大于第一阈值，转换至块匹配光流算法获取光流速度，反之，继续使用所述金字塔光流算法获取光流速度，根据所述光流速度和无人机的高度数据获取无人机的飞行速度。进一步地，所述处理器判断图像频率是否满足预设条件，所述图像频率满足预设条件，更新图像灰度图，同时判断所述飞行速度是否大于第一阈值，当所述飞行速度大于第一阈值，转换至块匹配光流算法获取光流速度，反之，继续使用所述金字塔光流算法获取光流速度，根据所述光流速度和无人机的高度数据获取无人机的飞行速度。进一步地，所述图像频率不满足预设条件时，更新图像灰度图，并进一步判断所述飞行速度是否大于第二阈值，当所述飞行速度大于所述第二阈值，则使用金字塔光流算法获取光流速度，反之，则使用块匹配光流算法获取光流速度，根据所述光流速度和无人机的高度数据获取无人机的飞行速度。采用上述技术方案，包括以下有益效果：本专利技术采用金字塔光流算法和块匹配光流算法获取光流速度，对块匹配光流算法提出了改进，根据匹配准则进一步获取更精确的匹配位置，与现有技术相比，提高了块匹配光流算法的测量精度，并根据阈值选择更加适合的光流算法，提高了无人机飞行速度的测量精度和计算速度。附图说明图1为本专利技术第一实施例的无人机的飞行速度的测量方法的流程图；图2为本专利技术第一实施例的依据块匹配光流算法获取光流速度的流程图；图3为本专利技术第一实施例的待匹配块的示意图；图4为本专利技术第一实施例的搜索块的示意图；图5为本专利技术第一实施例的一个小像素块为中心的周围8个方向的搜索区域的示意图；图6为本专利技术第二实施例的无人机的飞行速度的测量方法的流程图；图7为本专利技术实施例的无人机的飞行速度的测量装置的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、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，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本专利技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机飞行速度的测量方法，其特征在于，包括：S1：获取图像信息，并做灰度化处理，获取图像灰度图；S2：采用金字塔光流算法获取光流速度，根据所述光流速度和无人机的高度数据获取无人机的飞行速度；S3：更新图像灰度图，同时判断所述飞行速度是否大于第一阈值；S4：当所述飞行速度大于第一阈值，转换至块匹配光流算法获取光流速度；反之，继续使用所述金字塔光流算法获取光流速度；S5：根据步骤S4中所述光流速度和无人机的高度数据获取无人机的飞行速度；S6：循环步骤S3‑S5。

【技术特征摘要】
1.一种无人机飞行速度的测量方法，其特征在于，包括：S1：获取图像信息，并做灰度化处理，获取图像灰度图；S2：采用金字塔光流算法获取光流速度，根据所述光流速度和无人机的高度数据获取无人机的飞行速度；S3：更新图像灰度图，同时判断所述飞行速度是否大于第一阈值；S4：当所述飞行速度大于第一阈值，转换至块匹配光流算法获取光流速度；反之，继续使用所述金字塔光流算法获取光流速度；S5：根据步骤S4中所述光流速度和无人机的高度数据获取无人机的飞行速度；S6：循环步骤S3-S5。2.根据权利要求1所述的无人机飞行速度的测量方法，其特征在于，所述步骤S3中的第一阈值由如下公式得出：Vmax＝HWNFfps/F其中，Vmax为第一阈值；H为无人机飞行的相对高度值；W为金字塔光流算法测量的最大宽度；N为单个像素的宽度；Ffps为图像频率；F为图像传感器镜头的焦距值。3.根据权利要求1所述的无人机飞行速度的测量方法，其特征在于，所述步骤S4中块匹配光流算法获取光流速度的具体步骤为：(1)获取前后两帧图像灰度图，从当前帧图像灰度图中随机选取待匹配块；(2)根据匹配准则从后一帧图像灰度图内搜索与当前帧图像灰度图中所述待匹配块对应的搜索块，并获取所述搜索块相对于所述待匹配块的位置信息变化情况；(3)进一步基于匹配准则以及所获取搜索块的位置信息找出待匹配块在后一帧图像灰度图中匹配度最好的匹配位置；(4)根据匹配位置相对于待匹配块的位置信息变化情况得到光流向量，通过差分，获取光流速度。4.根据权利要求3所述的无人机飞行速度的测量方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：将所述待匹配块和搜索块分别分割成对应的多个小像素块，分别对应建立以一个小像素块为中心的周围8个方向的搜索区域；分别获取所述搜索块内所有小像素块与待匹配块中对应的小像素块的8个方向的灰度差值；将所有小像素块对应的8个方向的灰度差值进行加权平均，得出灰度差值最大的方向，即为匹配位置相对于所述搜索块的偏移方向；求取所述匹配位置相对于搜索块的水平方向偏移量以及垂直方向偏移量，从而获取匹配位置相对于待匹配块的位置信息变化情况。5.根据权利要求1所述的无人机飞行速度的测量方法，其特征在于，所述步骤S2中采用金字塔光流算法获取光流速度的具体步骤为：对获取的前后两帧图像灰度图进行金字塔分层；从当前帧图像灰度图中提取特征点；根据所述当前帧图像灰度图的特征点从所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹亮亮，薛全华，李少斌，张羽，
申请(专利权)人：上海拓攻机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31