基于多传感器的无人车目标搜索装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种基于多传感器的无人车目标搜索装置及方法，解决了小型无人设备传感器功能少和大型无人设备试验成本高的问题。本发明专利技术的装置为安装有工控机和多种传感器的无人车，360°实时采集目标信息。集成在工控机上的目标搜索系统以无人车多源信息综合处理单元为中心，获取并分析来自无人车状态获取及运动控制单元等七个单元的信息，产生相应的控制信号。目标搜索方法综合分析各单元获取的信息，控制无人车小型光电转台运动，完成目标搜索。本发明专利技术工控机实时采集信息，数据融合、综合分析控制无人设备自主完成目标搜索。本发明专利技术适用范围更广、体积更小、精度高。用于无人设备目标搜索，还可用于大型无人设备控制系统的模拟试验。

【技术实现步骤摘要】
基于多传感器的无人车目标搜索装置及方法
本专利技术属于设备控制
，主要涉及无人设备控制，具体是一种基于多传感器的无人车目标搜索装置及方法。用于控制无人车在指定区域内进行目标搜索。
技术介绍
随着无人机、无人车等无人设备的快速发展，渐渐开始利用在生产生活中，比如航拍、监测、快递等等。结合近年来发展迅速的深度学习，通过给无人设备搭载相机等传感器，使无人设备实现更多的目标检测、目标跟踪等功能。目前的无人设备上主要搭载的传感器为相机，例如：专利《一种基于视觉的无人机动态目标跟踪与定位方法》(申请号：CN201710241962)提出了一种基于视觉的无人机动态目标跟踪与定位方法，该方法利用两个摄像头采集监控区域图像，结合目标物体提取和双目识别定位原理，动态跟踪定位目标物体。相机在无人设备上的使用，可以完成目标检测。普通相机通过目标检测可以得到目标信息，但无法得到目标相对于相机的角度和相对于相机的距离，因而无法对目标进行定位。如果无人设备上装有可以得到深度信息的双目摄像机，根据双目识别定位原理对目标进行检测，可以得到目标相对无人设备的距离，由于无法得知目标相对于双目相机的角度以及由于双目相机上没有定位装置及相应的位置处理方法，无法得到无人设备的位置，进而无法得到目标的绝对位置，难以达到目标搜索的定位要求。一些其它投入使用或即将投入使用的无人设备，比如无人驾驶汽车、无人艇等，搭载的传感器更加复杂，但由于在使用过程中，常常存在不同程度的载人需求，所以体积往往较大，在前期设备调试以及试验的过程中十分不方便且成本较高，比如无人艇在进行调试或者试验时，必须在海上或者湖上进行试验，受环境的限制较大，另外无人艇以油作为燃料，每次试验的成本较高。因此需要一种模拟设备，可以在常用的室内或者室外环境对这类试验成本较高的无人设备的工作模式进行模拟。现有技术中，根据单一传感器进行简单任务的无人设备往往不具备自身位置信息获取功能，在执行任务的过程中不同程度的需要人工参与，不能够智能的获取传感器的信息并进行处理，也不能够根据处理结果产生相应的控制信息指导无人设备工作，同时人工参与会引入不必要的误差。安装了复杂传感器的无人设备，往往为大型的无人设备，在调试与试验的过程中受环境限制较大，其功耗较高、试验成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的缺陷，提出一种传感器功能更为完善的、适用范围更广的、体积更小的、实时响应的、高精度的基于多传感器的无人车目标搜索装置及方法。本专利技术是一种基于多传感器的无人车目标搜索装置，包括有无人车、传感器和工控机，传感器一般为单个传感器或者为多个传感器的组合，工控机作为上位机，其特征在于，所述传感器包括有四台广角摄像机组成的全景相机、一个集成了可见光相机与激光测距机的小型光电转台、一个激光雷达、一个陀螺仪以及一个室内定位系统的标签或者GPS定位模块；所述无人车为通过工控机进行运动控制的机器人小车，无人车上搭载传感器；工控机直接与各传感器、无人车相连，工控机实时获取各传感器的采集数据，经过工控机上集成的基于多传感器的无人车目标搜索系统处理后产生控制信号控制传感器、无人车运动，并输出目标搜索处理结果；全景相机进行无人车周围360°的实时视频信息获取；小型光电转台集成了可见光相机与激光测距机，三者同心并联动，通过小型光电转台输出方位角和俯仰角给工控机，小型光电转台的方位角、俯仰角、可见光相机焦距以及激光测距机的测距状态可根据目标搜索的需要通过工控机调整，小型光电转台对某一特定角度的目标进行探测并进行激光测距；激光雷达进行无人车周围360°的实时目标信息获取；陀螺仪进行无人车方位角的实时获取。本专利技术还是一种基于多传感器的无人车目标搜索系统，在权利要求1-2的基于多传感器的无人车目标搜索装置上实现，其特征在于，该系统集成于多传感器的无人车目标搜索装置上的工控机中，包括有八个单元，分别为：无人车多源信息综合处理单元、无人车状态获取及运动控制单元、全景相机视频获取单元、小型光电转台状态获取及运动控制单元、可见光相机视频获取单元、激光雷达信息获取单元、陀螺仪信息获取单元、位置信息获取单元；无人车多源信息综合处理单元为基于多传感器的无人车目标搜索系统的核心单元，其他七个单元均将采集到的传感器信息传输给无人车多源信息综合处理单元，经过无人车多源信息综合处理单元的综合分析处理后，产生小型光电转台规划指令发送给小型光电转台状态获取及运动控制单元，产生无人车路径规划指令发送给无人车状态获取及运动控制单元。本专利技术还是一种基于多传感器的无人车目标搜索方法，其特征在于，在权利要求1-5所述的任一基于多传感器的无人车目标搜索装置和系统上实现，无人车任务规划模块将各单元采集到的信息综合分析并产生对应的控制信号，指导各设备运动完成目标搜索任务，包括有如下步骤：(1)传感器信息获取与视频处理：装置启动后，装置中无人车、工控机和所有的传感器以及系统中的单元均开始工作，各传感器将采集到的数据实时回传给对应的信息采集单元，无人车多源信息综合处理模块实时接收各单元的回传信息；视频处理模块对输入的全景视频与可见光视频进行预处理与目标检测；无人车多源信息综合处理模块融合激光雷达获取的目标信息与陀螺仪信息后，完善目标检测结果信息；传感器信息获取与视频处理在装置启动后一直处于工作状态，实时采集与处理信息。(2)规划初始搜索路径：无人车任务规划模块接收用户指令，得到目标搜索区域，生成初始搜索路径规划信号并发送到无人车路径规划模块，无人车路径规划模块首先规划一条从无人车起点到目标搜索区域中心的直线路径，再从目标搜索区域中心向外辐射，规划一条扩展螺旋形路径，直至覆盖全部搜索区域，直线路径与扩展螺旋形路径共同作为初始搜索路径；无人车沿着初始搜索路径进行运动，执行步骤(3)。(3)发现疑似目标：无人车沿着初始搜索路径运动的过程中，无人车任务规划模块持续读取视频处理模块输出的全景视频目标检测结果信息中的目标分类号与置信度，如果连续多帧出现某个目标，其目标分类号与待搜索目标匹配，且置信度大于预先设置的全景疑似目标置信度阈值P，使小型光电转台转动到此目标所在角度，如果连续多帧视频处理模块输出的可见光视频目标检测结果信息中的目标分类号与待搜索目标匹配，且置信度大于预先设置的可见光疑似目标置信度阈值Q1，则将此目标作为疑似目标；如果在连续多帧全景视频目标检测结果信息中存在多个符合要求的目标，则使用小型光电转台依次转动到目标所在角度，进行检测，执行步骤(4)；如果未发现疑似目标，则一直沿着初始搜索路径运动，执行步骤(3)，直至走完初始搜索路径，任务结束，未搜索到目标。(4)靠近疑似目标：发现疑似目标后，无人车任务规划模块生成靠近疑似目标路径规划信号并发送到无人车路径规划模块，无人车路径规划模块从无人车当前位置到无人车与疑似目标连线的中间位置规划一条直线路径，即靠近疑似目标路径，无人车沿着靠近疑似目标路径运动，逐渐靠近疑似目标，执行步骤(5)。(5)疑似目标一次确认：无人车在沿着靠近疑似目标路径运动的过程中，使小型光电转台转动到此目标所在角度，如果在到达疑似目标路径终点前存在连续多帧视频处理模块输出的可见光视频目标检测结果信息中的目标分类号与待搜索目标匹配，且置信度大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多传感器的无人车目标搜索装置，包括有无人车、传感器和工控机，传感器一般为单个传感器或者为多个传感器的组合，工控机作为上位机，其特征在于，所述传感器包括有四台广角摄像机组成的全景相机、一个集成了可见光相机与激光测距机的小型光电转台、一个激光雷达、一个陀螺仪以及一个室内定位系统的标签或者GPS定位模块；所述无人车为通过工控机进行运动控制的机器人小车，无人车上搭载传感器；工控机直接与各传感器、无人车相连，工控机实时获取各传感器的采集数据，经过工控机上集成的基于多传感器的无人车目标搜索系统处理后产生控制信号控制传感器、无人车运动，并输出目标搜索处理结果；全景相机进行无人车周围360°的实时视频信息获取；小型光电转台集成了可见光相机与激光测距机，三者同心并联动，通过小型光电转台输出方位角和俯仰角给工控机，小型光电转台的方位角、俯仰角、可见光相机焦距以及激光测距机的测距状态可根据目标搜索的需要通过工控机调整，小型光电转台对某一特定角度的目标进行探测并进行激光测距；激光雷达进行无人车周围360°的实时目标信息获取；陀螺仪进行无人车方位角的实时获取。

【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器的无人车目标搜索装置，包括有无人车、传感器和工控机，传感器一般为单个传感器或者为多个传感器的组合，工控机作为上位机，其特征在于，所述传感器包括有四台广角摄像机组成的全景相机、一个集成了可见光相机与激光测距机的小型光电转台、一个激光雷达、一个陀螺仪以及一个室内定位系统的标签或者GPS定位模块；所述无人车为通过工控机进行运动控制的机器人小车，无人车上搭载传感器；工控机直接与各传感器、无人车相连，工控机实时获取各传感器的采集数据，经过工控机上集成的基于多传感器的无人车目标搜索系统处理后产生控制信号控制传感器、无人车运动，并输出目标搜索处理结果；全景相机进行无人车周围360°的实时视频信息获取；小型光电转台集成了可见光相机与激光测距机，三者同心并联动，通过小型光电转台输出方位角和俯仰角给工控机，小型光电转台的方位角、俯仰角、可见光相机焦距以及激光测距机的测距状态可根据目标搜索的需要通过工控机调整，小型光电转台对某一特定角度的目标进行探测并进行激光测距；激光雷达进行无人车周围360°的实时目标信息获取；陀螺仪进行无人车方位角的实时获取。2.根据权利要求1中所述的基于多传感器的无人车目标搜索装置，其特征在于，各传感器的安装要求为：以无人车，即机器人小车车头中心位置处为方位角0°，方位角沿顺时针方向增加，取值范围为[0,360)；以水平方向为俯仰角0°，取值范围为[-90，90]；全景相机：全景相机为四台摄像机组合而成，将四台摄像机分别编号1、2、3、4，安装在无人车顶部平面的四角，高度一致，1号相机画面中心方位角为45°，2号相机画面中心方位角为135°，3号相机画面中心方位角为225°，4号相机画面中心方位角为315°，四台相机画面中心的俯仰角一致，以能看到的有效范围最大，且不被遮挡的俯仰角为最佳；小型光电转台：在无人车顶部平面的前端安装小型光电转台，小型光电转台的方位角0°与无人车的0°保持一致，小型光电转台的俯仰角0°与水平方向一致；激光雷达：在无人车顶部平面、小型光电转台的后方安装激光雷达支架，将激光雷达安装在支架上，调整支架与小型光电转台的距离，使光电转台可以无障碍转动；调整支架的高度，使激光雷达不受其他传感器遮挡；激光雷达以正北方向为方位角0°，安装时激光雷达0°与无人车的0°一致，激光雷达的俯仰角0°与水平方向一致；工控机：工控机安装在无人车表面、激光雷达的后方，工控机左侧安装蓄电池，用于给其他传感器供电；陀螺仪：陀螺仪固定在工控机的表面，陀螺仪的方位角0°与无人车的0°一致，陀螺仪的俯仰角0°与水平方向一致；室内定位系统或GPS模块：室内定位系统或GPS模块固定在工控机上。3.一种基于多传感器的无人车目标搜索系统，在权利要求1-2的基于多传感器的无人车目标搜索装置上实现，其特征在于，该系统集成于多传感器的无人车目标搜索装置上的工控机中，该系统包括有八个单元，分别为：无人车多源信息综合处理单元、无人车状态获取及运动控制单元、全景相机视频获取单元、小型光电转台状态获取及运动控制单元、可见光相机视频获取单元、激光雷达信息获取单元、陀螺仪信息获取单元、位置信息获取单元；无人车多源信息综合处理单元为基于多传感器的无人车目标搜索系统的核心单元，其他七个单元均将采集到的传感器信息传输给无人车多源信息综合处理单元，经过无人车多源信息综合处理单元的综合分析处理后，产生小型光电转台规划指令发送给小型光电转台状态获取及运动控制单元，产生无人车路径规划模块发送给无人车状态获取及运动控制单元。4.根据权利要求3所述的基于多传感器的无人车目标搜索系统，其特征在于，基于多传感器的无人车目标搜索系统中的无人车多源信息综合处理单元设有四个处理模块，分别为无人车任务规划模块、无人车路径规划模块、小型光电转台运动规划模块和视频处理模块；在无人车多源信息综合处理单元中，以无人车任务规划模块为中心；视频处理模块分别接收来自全景相机视频获取单元的全景视频和来自可见光相机视频获取单元的可见光视频，经过视频处理后将全景视频与其目标检测信息、可见光视频与其目标检测信息输出给无人车任务规划模块；无人车任务规划模块分别接收陀螺仪信息、无人车位置信息、无人车状态信息、小型光电转台状态信息、以及全景视频与其目标检测信息、可见光视频与其目标检测信息，综合处理分析后，产生小型光电转台规划指令发送给小型光电转台运动规划模块，进行小型光电转台运动规划后，产生小型光电转台控制信息发送给小型光电转台状态获取及运动控制单元，无人车任务规划模块综合分析各单元及模块的输入信息发送给无人车路径规划模块，无人车路径规划模块产生无人车运动控制信息发送给无人车状态获取及运动控制单元。5.根据权利要求3中所述的基于多传感器的无人车目标搜索系统，其特征在于，所述位置信息获取单元，获取的无人车位置信息通过室内定位系统或GPS模块得到，如果无人车在室外环境使用，则在无人车上搭载GPS定位模块，如果无人车在室内环境使用，则在无人车上搭载室内定位系统的标签，并在室内安装室内定位系统。6.一种基于多传感器的无人车目标搜索方法，其特征在于，在权利要求1-5所述的任一基于多传感器的无人车目标搜索装置和系统上实现，无人车任务规划模块将各单元采集到的信息综合分析并产生对应的控制信号，指导各设备运动完成目标搜索任务，包括有...

【专利技术属性】
技术研发人员：张静，桑柳，周秦，李云松，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61